(57)【要約】  本発明の燃料電池システムは、燃料電池装置（２４）と、燃料電池装置（２４）から排気される排ガスを排出する排ガス流路と、排ガス中の水を貯える水タンク（６）と、を備え、水タンク（６）は、第１貯水部（１７）と、第２貯水部（１８）と、該水タンク（６）の下部で第１貯水部（１７）と第２貯水部（１８）とを連通するように構成された連通部（２９）と、を有し、水タンク（６）の第２貯水部（１８）には、連通部（２９）より上方に排水口（２０）が設けられ、排ガス流路は、水タンク（６）の第１貯水部（１７）に接続され、排ガスの通流が排ガス流路の水タンク（６）よりも下流側で阻害されていない場合には、排ガスは排ガス流路から大気中に排出され、排ガスの通流が排ガス流路の水タンク（６）よりも下流側で阻害されている場合には、排ガスは水タンク（６）の排水口（２０）を介して大気中に排出されるように構成されている。
2011093066.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料と酸素を含む酸化剤ガスとが供給されて発電が行われる燃料電池装置と、前記燃料電池装置から排気される排ガスを大気中に排出する排ガス流路と、前記排ガス中の水を貯えるように構成された水タンクと、を備える燃料電池システムであって、
前記水タンクは、第１貯水部と、第２貯水部と、該水タンクの下部で前記第１貯水部と前記第２貯水部とを連通するように構成された連通部と、を有し、
前記水タンクの第２貯水部には、前記連通部より上方に排水口が設けられ、
前記排ガス流路は、前記水タンクの前記第１貯水部に接続され、
前記排ガスの通流が前記排ガス流路の前記水タンクよりも下流側で阻害されていない場合には、前記排ガスは前記排ガス流路から大気中に排出され、
前記排ガスの通流が前記排ガス流路の前記水タンクよりも下流側で阻害されている場合には、前記排ガスは前記水タンクの前記排水口を介して大気中に排出されるように構成されている、燃料電池システム。
【請求項２】
前記排ガス流路は、一端が前記燃料電池装置に接続され、他端が前記水タンクの第１貯水部に接続されている第１流路と、一端が前記水タンクの第１貯水部に接続され、他端が大気に開放されている第２流路と、を有し、
前記第２流路で前記排ガスの通流が阻害されている場合には、前記排ガスは前記水タンクの前記排水口を介して大気中に排出されるように構成されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記排ガス流路は、一端が前記燃料電池装置に接続され、他端が前記水タンクの第１貯水部に接続されている第３流路と、一端が前記第３流路の途中に接続され、他端が大気に開放されている第４流路と、を有し、
前記第４流路で前記排ガスの通流が阻害されている場合には、前記排ガスは前記水タンクの前記排水口を介して大気中に排出されるように構成されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記第１貯水部と前記第２貯水部は、前記水タンクの内部空間を分けるように設けられた隔壁によって形成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
制御器と、
前記水タンクの前記第１貯水部に設けられ、該第１貯水部の水位を検知する水位検知器と、をさらに備え、
前記制御器は、前記排ガスが前記水タンクの前記排水口を介して大気中に排出される場合の水位である第１水位を前記水位検知器が検知した場合に、前記燃料電池装置の運転を停止するように構成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
制御器と、
前記水タンクの前記第１貯水部に設けられ、該第１貯水部の水位を検知する水位検知器と、
前記水タンクの前記第１貯水部に水を供給するように構成された水供給器と、をさらに備え、
前記制御器は、前記排ガスが前記水タンクの前記排水口を介して大気中に排出される場合の水位である第１水位よりも高く、かつ、前記第１貯水部の満水位よりも低い水位である第２水位を前記水位検知器が検知した場合に、前記水タンクの第１貯水部に水を供給するように水供給器を制御し、
前記水供給器が前記第１貯水部に水を供給してから所定時間経過後に、前記水位検知器が前記第１水位を検知した場合に、前記燃料電池装置の運転を停止するように構成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記第１水位は、前記連通部の上端より低く、かつ、前記水タンク底面よりも高い位置に設定されている、請求項５又は６に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記燃料電池装置は、燃料電池を有し、
前記燃料電池には、アノードに燃料ガスを供給する燃料ガス内部流路とカソードに前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス内部流路が設けられ、
前記排ガス流路は、前記燃料ガス内部流路の下流端にその上流端が接続された燃料ガス排ガス流路と、前記酸化剤ガス内部流路の下流端にその下流端が接続された酸化剤ガス排ガス流路と、を有している、請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
制御器と、
前記燃料電池装置に前記原料を供給する原料供給器と、
前記原料供給器から前記燃料電池装置に供給される前記原料の流量を検知する原料流量検知器と、を備え、
前記燃料電池装置は、燃料電池を有し、
前記燃料電池には、アノードに燃料ガスを供給する燃料ガス内部流路とカソードに前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス内部流路が設けられ、
前記燃料ガス内部流路の下流端に、前記排ガス流路が接続されており、
前記制御器は、前記燃料電池の発電量に応じて予め設定された供給能力になるように前記原料供給器を制御しており、
前記原料流量検知器が予め設定された第１原料流量より低い流量を検知した場合には、前記燃料電池装置の運転を停止するように構成されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
制御器と、
前記燃料電池装置に前記原料を供給する原料供給器と、を備え、
前記燃料電池装置は、燃料電池を有し、
前記燃料電池には、アノードに燃料ガスを供給する燃料ガス内部流路とカソードに前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス内部流路が設けられ、
前記燃料ガス内部流路の下流端に、前記排ガス流路が接続されており、
前記制御器は、前記燃料電池の発電量に応じた規定流量の前記原料を供給するように前記原料供給器をフィードバック制御しており、
前記原料供給器の供給能力が予め設定された第１供給能力よりも高くなる場合には、前記燃料電池装置の運転を停止するように構成されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
制御器と、
前記燃料電池装置に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器と、
前記酸化剤ガス供給器から前記燃料電池装置に供給される前記酸化剤ガスの流量を検知する酸化剤ガス流量検知器と、を備え、
前記燃料電池装置は、燃料電池を有し、
前記燃料電池には、アノードに燃料ガスを供給する燃料ガス内部流路とカソードに前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス内部流路が設けられ、
前記酸化剤ガス内部流路の下流端に、前記排ガス流路が接続されており、
前記制御器は、前記燃料電池の発電量に応じて予め設定された供給能力になるように前記酸化剤ガス供給器を制御しており、
前記酸化剤ガス流量検知器が予め設定された第１酸化剤ガス流量より低い流量を検知した場合には、前記燃料電池装置の運転を停止するように構成されている、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
制御器と、
前記燃料電池装置に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器と、を備え、
前記燃料電池装置は、燃料電池を有し、
前記燃料電池には、アノードに燃料ガスを供給する燃料ガス内部流路とカソードに前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス内部流路が設けられ、
前記酸化剤ガス内部流路の下流端に、前記排ガス流路が接続されており、
前記制御器は、前記燃料電池の発電量に応じた規定流量の前記酸化剤ガスを供給するように前記酸化剤ガス供給器をフィードバック制御しており、
前記酸化剤ガス供給器の供給能力が予め設定された第２供給能力よりも高くなる場合には、前記燃料電池装置の運転を停止するように構成されている、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
前記燃料電池装置は、燃料電池を有し、
前記連通部の上端から前記排水口の下端までの高さに対応する水圧差が前記燃料電池の耐圧より低くなるように、前記連通部及び前記排水口が前記水タンクに設けられている、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
前記燃料電池装置は、前記原料を改質して燃料ガスを生成する水素生成器を有し、
前記連通部の上端から前記排水口の下端までの高さに対応する水圧差が前記水素生成器の耐圧より低くなるように、前記連通部及び前記排水口が前記水タンクに設けられている、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１５】
前記燃料電池装置に前記原料を供給する原料供給器と、
前記燃料電池装置に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器と、を備え、
前記連通部の上端から前記排水口の下端までの高さに対応する水圧差が前記原料供給器及び前記酸化剤ガス供給器の少なくとも一方の供給器の締切圧より低くなるように、前記連通部及び前記排水口が前記水タンクに設けられている、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１６】
原料と酸素を含む酸化剤ガスとが供給されて発電が行われる燃料電池装置と、前記燃料電池装置から排気される排ガスを大気中に排出する排ガス流路と、前記排ガス中の水を貯えるように構成された水タンクと、を備える燃料電池システムの運転方法であって、
前記燃料電池システムは、前記水タンクの前記第１貯水部に設けられ、該第１貯水部の水位を検知する水位検知器と、をさらに備え、
前記水タンクは、第１貯水部と、第２貯水部と、該水タンクの下部で前記第１貯水部と前記第２貯水部とを連通するように構成された連通部と、を有し、
前記水タンクの第２貯水部には、前記連通部より上方に排水口が設けられ、
前記排ガス流路は、前記水タンクの前記第１貯水部に接続され、
前記排ガスの通流が前記排ガス流路の前記水タンクよりも下流側で阻害されていない場合には、前記排ガスは前記排ガス流路から大気中に排出され、
前記排ガスの通流が前記排ガス流路の前記水タンクよりも下流側で阻害されている場合には、前記排ガスは前記水タンクの前記排水口を介して大気中に排出されるように構成され、
前記排ガスが前記水タンクの前記排水口を介して大気中に排出される場合の水位である第１水位を前記水位検知器が検知した場合に、前記燃料電池装置の運転を停止する、燃料電池システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池装置から排出される排ガスに含まれる水分を貯えるタンクを備える燃料電池システム及びその運転方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は水素を含む燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスとの電気化学的反応により発電して水と熱を発生する装置である。燃料電池は燃料の持つ化学エネルギーを力学的エネルギーに変換することなく直接電気エネルギーとして取り出せるので発電効率が高い。【０００３】
そして、燃料電池を備える燃料電池システムでは、発電時の燃料として用いられる燃料ガス（水素ガス）は一般的なインフラとして整備がされていないため、通常、水素生成装置を備えている。水素生成装置では、天然ガス等の原料ガスと水とが用いられる水蒸気改質反応により、水素を豊富に含む燃料ガスが生成される。水蒸気改質反応は、水素生成装置に内蔵されたバーナーにより加熱されて進行する。このバーナーでは、原料ガスや、燃料電池から排出される発電に用いられなかった燃料ガス（以下、オフガス）が供給されることで、燃焼が行われる。【０００４】
そして、燃料電池本体から排出されるオフガスやバーナーから排出される燃焼排ガスから生成水を回収する回収水タンクを備える燃料電池発電装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。ここで、図１８は、特許文献１に開示されている燃料電池発電装置の概略構成を示す模式図である。【０００５】
図１８に示すように、特許文献１に開示されている燃料電池発電装置２０１は、燃料電池本体２０２、バーナー２０３ａを有する改質装置（水素生成器）２０３、反応空気ブロワ２０４、燃料予熱器２０５、排熱回収器２０６、生成水回収装置２１０を備えている。特許文献１に開示されている燃料電池発電装置２０１では、生成水回収装置２１０は、上部に排気口２０７ａを有する排気塔２０７とその下部に連結された回収水タンク２０９から構成され、かつ、生成水回収装置２１０のオフガス配管接続部及び燃焼排ガス配管接続部より下方に、排気口２０７ａから侵入する塵埃、異物を捕捉する略円筒状のフィルター２０８を着脱可能に配設する。【０００６】
このような構成により、特許文献１に開示されている燃料電池発電装置２０１では、排気口２０７ａより侵入した塵埃、異物がフィルター２０８により捕捉され、回収水中への混入を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１７６９９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に開示されている燃料電池発電装置２０１では、排気口２０７ａが閉塞したような場合に、フィルター２０８の目詰まりの程度によっては、オフガスや燃焼排ガスを燃料電池発電装置２０１外に排出することができなくなる。そして、オフガス等を大気中に排出することができないため、バーナー２０３ａでの燃焼の安定性が損なわれるおそれがある。最悪の場合には、燃料電池本体２０２や改質装置２０３の内圧が上昇により、これらの機器が破損するおそれがある。【０００９】
そこで本発明は、前記従来の課題を解決するもので、排ガス流路の水タンクよりも下流側で排ガスの通流が阻害されたような場合（例えば、排ガス流路の排気口が閉塞された場合）に、水タンクの排水口から排ガスを排出することで、水素生成器または燃料電池の内圧上昇を抑制して、水素生成器や燃料電池の破損を抑制することができる燃料電池システム及びその運転方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記従来の課題を達成するために、本発明に係る燃料電池システムは、原料と酸素を含む酸化剤ガスとが供給されて発電が行われる燃料電池装置と、前記燃料電池装置から排気される排ガスを大気中に排出する排ガス流路と、前記排ガス中の水を貯えるように構成された水タンクと、を備える燃料電池システムであって、前記水タンクは、第１貯水部と、第２貯水部と、該水タンクの下部で前記第１貯水部と前記第２貯水部とを連通するように構成された連通部と、を有し、前記水タンクの第２貯水部には、前記連通部より上方に排水口が設けられ、前記排ガス流路は、前記水タンクの前記第１貯水部に接続され、前記排ガスの通流が前記排ガス流路の前記水タンクよりも下流側で阻害されていない場合には、前記排ガスは前記排ガス流路から大気中に排出され、前記排ガスの通流が前記排ガス流路の前記水タンクよりも下流側で阻害されている場合には、前記排ガスは前記水タンクの前記排水口を介して大気中に排出されるように構成されている。【００１１】
これにより、例えば、排ガス流路の排気口が閉塞して、排ガスの通流が排ガス流路の水タンクよりも下流側で阻害されている場合であっても、排ガスは水タンクの排水口を介して大気中に排出することができる。このため、燃料電池装置の内圧上昇を抑制することができ、燃料電池装置の破損を抑制することができる。【００１２】
また、本発明の燃料電池システムの運転方法は、原料と酸素を含む酸化剤ガスとが供給されて発電が行われる燃料電池装置と、前記燃料電池装置から排気される排ガスを大気中に排出する排ガス流路と、前記排ガス中の水を貯えるように構成された水タンクと、を備える燃料電池システムの運転方法であって、前記燃料電池システムは、前記水タンクの前記第１貯水部に設けられ、該第１貯水部の水位を検知する水位検知器と、をさらに備え、前記水タンクは、第１貯水部と、第２貯水部と、該水タンクの下部で前記第１貯水部と前記第２貯水部とを連通するように構成された連通部と、を有し、前記水タンクの第２貯水部には、前記連通部より上方に排水口が設けられ、前記排ガス流路は、前記水タンクの前記第１貯水部に接続され、前記排ガスの通流が前記排ガス流路の前記水タンクよりも下流側で阻害されていない場合には、前記排ガスは前記排ガス流路から大気中に排出され、前記排ガスの通流が前記排ガス流路の前記水タンクよりも下流側で阻害されている場合には、前記排ガスは前記水タンクの前記排水口を介して大気中に排出されるように構成され、前記排ガスが前記水タンクの前記排水口を介して大気中に排出される場合の水位である第１水位を前記水位検知器が検知した場合に、前記燃料電池装置の運転を停止する。【００１３】
これにより、例えば、排ガス流路の排気口が閉塞して、排ガスの通流が排ガス流路の水タンクよりも下流側で阻害されている場合であっても、排ガスは水タンクの排水口を介して大気中に排出することができる。また、排ガスを水タンクの排水口を介して大気中に排出されると、燃料電池システムの運転を停止するため、燃料電池装置から排ガスの排出が停止される。このため、燃料電池装置の内圧上昇を抑制することができ、燃料電池装置の破損を抑制することができる。【００１４】
本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の燃料電池システム及びその運転方法によれば、排気口が閉塞しても、排ガスは水タンクの排水口から排出できるため、水素生成器や燃料電池の内圧がその耐圧以上に加圧されることを抑制することが可能となる。このため、本発明の燃料電池システム及びその運転方法によれば、水素生成器や燃料電池の破損を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【図２】図２は、図１に示す燃料電池システムにおける燃料電池の概略構成を示す模式図である。
【図３】図３は、図２に示す燃料電池におけるセルの概略構成を模式的に示す断面図である。
【図４】図４は、図１に示す燃料電池システムにおける水タンク周辺の概略構成を示す模式図である。
【図５】図５は、本実施の形態１における変形例１の燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【図６】図６は、本実施の形態１における変形例２の燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【図７】図７は、本実施の形態１における変形例３の燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【図８】図８は、本実施の形態１における変形例４の燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの水位判定動作を模式的に示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態４に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態５に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施の形態５に係る燃料電池システムにおける発電電力と原料流量の関係及び発電電力と第１原料流量の関係を示すグラフである。
【図１４】図１４は、本発明の実施の形態６に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【図１５】図１５は、本発明の実施の形態７に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【図１６】図１６は、本発明の実施の形態７に係る燃料電池システムにおける発電電力と酸化剤ガス流量の関係及び発電電力と第１酸化剤ガス流量の関係を示すグラフである。
【図１７】図１７は、本発明の実施の形態８に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【図１８】図１８は、特許文献１に開示されている燃料電池発電装置の概略構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、全ての図面において、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、全ての図面において、本発明を説明するために必要となる構成要素のみを抜粋して図示しており、その他の構成要素については図示を省略している。さらに、本発明は以下の実施の形態に限定されない。
【００１８】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムは、原料と酸素を含む酸化剤ガスとが供給されて発電が行われる燃料電池装置と、燃料電池装置から排気される排ガスを大気中に排出する排ガス流路と、排ガス中の水を貯えるように構成された水タンクと、を備える燃料電池システムであって、水タンクは、第１貯水部と、第２貯水部と、該水タンクの下部で第１貯水部と第２貯水部とを連通するように構成された連通部と、を有し、水タンクの第２貯水部には、連通部より上方に排水口が設けられ、排ガス流路は、水タンクの第１貯水部に接続され、排ガスの通流が排ガス流路の水タンクよりも下流側で阻害されていない場合には、排ガスは排ガス流路から大気中に排出され、排ガスの通流が排ガス流路の水タンクよりも下流側で阻害されている場合には、排ガスは水タンクの排水口を介して大気中に排出されるように構成されている態様を例示するものである。
【００１９】
ここで、「燃料電池装置」とは、１以上のセルを有する燃料電池を有している機器をいう。「燃料電池装置」は、例えば、燃料電池が高分子電解質形燃料電池や間接内部改質型固体酸化物形燃料電池等である場合には、水素生成器をさらに有していてもよく、燃料電池が直接内部改質型固体酸化物形燃料電池である場合には、水素生成器を有していなくてもよい。
【００２０】
また、「排ガスの通流が排ガス流路の水タンクよりも下流側で阻害されている場合」とは、排ガス流路の流路抵抗が増加している場合をいい、排ガス流路の水タンクよりも下流側の流路（以下、下流側流路という）が完全に閉塞されている場合だけでなく、下流側流路の一部が閉塞されている場合も含む。したがって、「排ガスの通流が排ガス流路の水タンクよりも下流側で阻害されている場合」には、排ガスは水タンクの排水口を介して大気中に排出されるだけでなく、その一部が排ガス流路の下流端（排気口）から大気中に排出されてもよい。
【００２１】
「排ガスの通流が排ガス流路の水タンクよりも下流側で阻害されている場合」としては、例えば、排ガス流路の下流端や下流側流路が異物等により閉塞された場合や下流側流路で結露が生じて、水滴で流路が閉塞された場合が挙げられる。
【００２２】
また、本実施の形態１に係る燃料電池システムでは、排ガス流路は、一端が燃料電池装置に接続され、他端が水タンクの第１貯水部に接続されている第１流路と、一端が水タンクの第１貯水部に接続され、他端が大気に開放されている第２流路と、を有し、第２流路で排ガスの通流が阻害されている場合には、排ガスは水タンクの排水口を介して大気中に排出されるように構成されていてもよい。
【００２３】
また、本実施の形態１に係る燃料電池システムでは、第１貯水部と第２貯水部は、水タンクの内部空間を分けるように設けられた隔壁によって形成されていてもよい。
【００２４】
また、本実施の形態１に係る燃料電池システムでは、燃料電池装置は、燃料電池を有し、連通部の上端から排水口の下端までの高さに対応する水圧差が燃料電池の耐圧より小さくなるように、連通部及び排水口が水タンクに設けられていてもよい。
【００２５】
ここで、「燃料電池の耐圧」とは、燃料電池の破損を防止することが保証できる最大の圧力をいい、各マニホールドの内圧上昇により、ガスケットのシール性が損なわれる圧力及びセパレータが破損する圧力のうち、小さい方の圧力をいう。
【００２６】
また、本実施の形態１に係る燃料電池システムでは、燃料電池装置は、原料を改質して燃料ガスを生成する水素生成器を有し、連通部の上端から排水口の下端までの高さに対応する水圧差が水素生成器の耐圧より小さくなるように、連通部及び排水口が水タンクに設けられていてもよい。
【００２７】
ここで、「水素生成器の耐圧」とは、水素生成器の破損を防止することが保証できる最大の圧力をいう。
【００２８】
さらに、本実施の形態１に係る燃料電池システムでは、燃料電池装置に原料を供給する原料供給器と、燃料電池装置に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器と、を備え、連通部の上端から排水口の下端までの高さに対応する水圧差が原料供給器及び酸化剤ガス供給器の少なくとも一方の供給器の締切圧より小さくなるように、連通部及び排水口が水タンクに設けられていてもよい。
【００２９】
ここで、「締切圧」とは、原料供給器又は酸化剤ガス供給器の吐出する側を閉めた状態での最高圧力をいう。
【００３０】
［燃料電池システムの構成］
図１は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【００３１】
図１に示すように、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システム１は、原料供給器４、燃料電池２と水素生成器３を有する燃料電池装置２４、酸化剤ガス供給器１０、燃焼排ガス熱交換器５、酸化剤排ガス熱交換器１１、水タンク６、貯湯タンク１４、及び筐体２３を備えている。筐体２３には、排気口７が設けられている。
【００３２】
なお、本実施の形態１においては、燃料電池装置２４は、燃料電池２と水素生成器３を有する形態を採用したが、これに限定されない。燃料電池２が直接内部改質型固体酸化物形燃料電池である場合や水素ガスのインフラが整備されたような場合には、燃料電池装置２４は水素生成器３を有しない形態を採用してもよい。
【００３３】
水素生成器３は、改質器（図示せず）と燃焼器３ａを有している。燃焼器３ａには、後述するオフ燃料ガス流路２７を介して燃料電池２（正確には、燃料電池２の燃料ガス内部流路２ａ）が接続されている。これにより、燃焼器３ａには、燃料電池２の燃料ガス内部流路２ａからオフ燃料ガス等の可燃ガスが供給される。
【００３４】
また、燃焼器３ａには、燃焼排ガス流路（排ガス流路；第３流路）８の上流端が接続されている。燃焼排ガス流路８の下流端は、排気口７に接続されている。燃焼排ガス流路８の途中には、燃焼排ガス熱交換器５が設けられている。また、燃焼排ガス流路８の燃焼排ガス熱交換器５よりも下流側の流路には、燃焼排ガス凝縮水流路（第４流路）９の上流端が接続されている。燃焼排ガス凝縮水流路９の下流端は、後述する水タンク６の第１貯水部１７に接続されている。
【００３５】
燃焼排ガス熱交換器５は、燃焼排ガス流路８を通流する燃焼排ガスと温水循環経路１５を通流する水と熱交換するように構成されている。燃焼排ガス熱交換器５としては、例えば、全熱交換器等の各種の熱交換器を用いることができる。
【００３６】
これにより、燃焼器３ａでは、燃料ガス内部流路２ａから供給された燃料ガス等の可燃ガスと、別途供給された燃焼用空気を燃焼して、燃焼排ガスが生成される。生成された燃焼排ガスは、改質器等を加熱した後に、燃焼排ガス流路８を通流して、排気口７から燃料電池システム１外に排出される。また、燃焼排ガス中に含まれる水分は、燃焼排ガス熱交換器５で水と熱交換することにより、水に凝縮する。凝縮した水は、燃焼排ガス凝縮水流路９を通流して、水タンク６に貯えられる。
【００３７】
水素生成器３には、原料供給流路２５を介して原料供給器４が接続されている。原料供給器４は、水素生成器３に原料をその流量を調整しながら供給することができれば、どのような構成であってもよく、例えば、ブロワで構成されていてもよい。ここで、原料としては、メタンを主成分とする天然ガスやＬＰガス等を用いることができる。
【００３８】
水素生成器３の改質器は、改質触媒を有している。改質触媒としては、例えば、原料と水蒸気とから水素含有ガスを発生させる水蒸気改質反応を触媒することができれば、どの様な物質を使用してもよく、例えば、アルミナ等の触媒担体にルテニウム（Ｒｕ）を担持させたルテニウム系触媒や同様の触媒担体にニッケル（Ｎｉ）を担持させたニッケル系触媒等を使用することができる。
【００３９】
そして、改質器では、原料供給器４から供給された原料と別途供給された水蒸気（水）との改質反応により、水素含有ガスが生成される。生成された水素含有ガスは、燃料ガスとして、燃料ガス供給流路２６を通流して、燃料電池２の燃料ガス内部流路２ａに供給される。
【００４０】
なお、本実施の形態１においては、改質器で生成された水素含有ガスが、燃料ガスとして、燃料電池２に送出される構成としたが、これに限定されない。例えば、水素生成器３内に改質器より送出された水素含有ガス中の一酸化炭素を低減するための変成触媒（例えば、銅−亜鉛系触媒）を有する変成器や、酸化触媒（例えば、ルテニウム系触媒）や、メタン化触媒（例えば、ルテニウム系触媒）を有する一酸化炭素除去器が配置されていて、これらの機器を通過した後の水素含有ガスが燃料電池２に送出される構成であってもよい。
【００４１】
燃料電池２は、アノードとカソード（図３参照）を有していて、アノードに燃料ガスを供給する燃料ガス内部流路２ａとカソードに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス内部流路２ｂが設けられている。燃料電池２としては、高分子電解質形燃料電池や直接内部改質型固体酸化物形燃料電池や間接内部改質型固体酸化物形燃料電池等の各種の燃料電池を用いることができる。なお、燃料電池２の具体的な構成については、後述する。
【００４２】
燃料電池２の酸化剤ガス内部流路２ｂの上流端には、酸化剤ガス供給流路２８を介して酸化剤ガス供給器１０が接続されている。酸化剤ガス供給器１０は、燃料電池２の酸化剤ガス内部流路２ｂに酸化剤ガス（空気）を供給するように構成されていれば、どのような形態であってもよい。酸化剤ガス供給器１０としては、例えば、ブロワやシロッコファン等のファン類を用いることができる。
【００４３】
また、酸化剤ガス内部流路２ｂの下流端には、酸化剤排ガス流路（排ガス流路）１２が接続されている。酸化剤排ガス流路１２は、第１酸化剤排ガス流路（第１流路）１２ａと第２酸化剤排ガス流路（第２流路）１２ｂを有している。第１酸化剤排ガス流路１２ａは、燃料電池２の酸化剤ガス内部流路２ｂと水タンク６の第１貯水部１７を接続している。第２酸化剤排ガス流路１２ｂは、水タンク６の第１貯水部１７と排気口７を接続している。また、第１酸化剤排ガス流路１２ａの途中には、酸化剤排ガス熱交換器１１が設けられている。
【００４４】
酸化剤排ガス熱交換器１１は、第１酸化剤排ガス流路１２ａを通流する酸化剤排ガスと温水循環経路１５を通流する水と熱交換するように構成されている。酸化剤排ガス熱交換器１１としては、例えば、全熱交換器等の各種の熱交換器を用いることができる。
【００４５】
これにより、燃料電池２では、水素生成器３から燃料ガスが燃料ガス内部流路２ａに供給され、酸化剤ガス供給器１０から酸化剤ガス内部流路２ｂに酸化剤ガスが供給される。そして、燃料ガス内部流路２ａに供給された燃料ガスが、燃料ガス内部流路２ａを通流する間に、アノードに供給される。また、酸化剤ガス内部流路２ｂに供給された酸化剤ガスが、酸化剤ガス内部流路２ｂを通流する間に、カソードに供給される。アノードに供給された燃料ガスとカソードに供給された酸化剤ガスとが、反応して電気と熱が発生する。
【００４６】
なお、発生した電気は、図示されない電力調整器により、外部電力負荷（例えば、家庭の電気機器）に供給される。また、発生した熱は、図示されない熱媒体流路を通流する熱媒体が回収する。熱媒体が回収した熱は、例えば、温水循環経路１５を通流する水を加熱するのに使用することができる。
【００４７】
燃料電池２で使用されなかった燃料ガスは、オフ燃料ガスとして、水素生成器３の燃焼器３ａに供給される。また、燃料電池２で使用されなかった酸化剤ガス（以下、酸化剤排ガス）は、酸化剤排ガス流路１２を通流して、燃料電池システム１外に排出される。酸化剤排ガス中に含まれる水分は、酸化剤排ガス熱交換器１１で水と熱交換することにより、水に凝縮する。凝縮した水は、第１酸化剤排ガス流路１２ａを通流して、水タンク６に貯えられる。
【００４８】
貯湯タンク１４は、ここでは、鉛直方向に延びるように形成されている。貯湯タンク１４の下部には、温水循環経路１５の上流端が接続されていて、その下流端は、貯湯タンク１４の上部に接続されている。温水循環経路１５は、その途中で２本に分岐して、その後、２本に分岐した流路が合流するように構成されている。温水循環経路１５の２本に分岐した流路には、燃焼排ガス熱交換器５と酸化剤排ガス熱交換器１１が、それぞれ設けられている。これにより、貯湯タンク１４の下部にある低温の水が、温水循環経路１５を通流して、燃焼排ガス熱交換器５等により加熱されて、温水として、貯湯タンク１４の上部に供給される。
【００４９】
なお、本実施の形態１においては、温水循環経路１５は、その途中で２本に分岐して、その後、２本に分岐した流路が合流するように構成したが、これに限定されない。温水循環経路１５は、１本の経路で構成されていてもよい。この場合、温水循環経路１５には、燃焼排ガス熱交換器５が酸化剤排ガス熱交換器１１よりも上流側に設けられてもよく、酸化剤排ガス熱交換器１１が燃焼排ガス熱交換器５よりも上流側に設けられてもよい。
【００５０】
［燃料電池の構成］
次に、図２及び図３を参照しながら、本実施の形態１に係る燃料電池システム１における燃料電池２の構成について説明する。
【００５１】
図２は、図１に示す燃料電池システムにおける燃料電池の概略構成を示す模式図である。なお、本実施の形態１においては、燃料電池２として、高分子電解質形燃料電池（以下、ＰＥＦＣ）を使用しており、以下の説明では、ＰＥＦＣの構成を説明する。
【００５２】
図２に示すように、燃料電池２は、複数のセル６１がその厚み方向に積層されたセル積層体６０と、該セル積層体６０の両端に配置された端板６２、６３と、セル積層体６０と端板６２、６３をセル６１の積層方向において締結する締結具（図示せず）と、を有する。また、端板６２とセル積層体６０の間には、絶縁板及び集電板（いずれも図示せず）が配置されていて、端板６３とセル積層体６０との間には、絶縁板及び集電板（いずれも図示せず）が配置されている。
【００５３】
セル積層体６０には、セル６１の積層方向に延びるように、燃料ガス供給マニホールド６４、酸化剤ガス供給マニホールド６６、燃料ガス排出マニホールド６５、及び酸化剤ガス排出マニホールド６７が設けられている。なお、燃料ガス供給マニホールド６４には、燃料ガス供給流路２６が接続されていて、燃料ガス排出マニホールド６５には、オフ燃料ガス流路２７が接続されている（図１参照）。また、酸化剤ガス供給マニホールド６６には、酸化剤ガス供給流路２８が接続されていて、酸化剤ガス排出マニホールド６７には、酸化剤排ガス流路１２が接続されている（図１参照）。
【００５４】
［セルの構成］
図３は、図２に示す燃料電池におけるセルの概略構成を模式的に示す断面図である。なお、図３においては、一部を省略している。
【００５５】
図３に示すように、セル６１は、ＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ：膜−電極接合体）７３と、ガスケット７４と、アノードセパレータ７５Ａと、カソードセパレータ７５Ｂと、を備えている。
【００５６】
ＭＥＡ７３は、水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜７１と、アノード７２Ａと、カソード７２Ｂと、を有している。なお、高分子電解質膜７１の周縁部には、燃料ガス供給マニホールド孔（図示せず）等の各マニホールド孔が厚み方向に貫通するように設けられている。アノード７２Ａは、高分子電解質膜７１の一方の主面上に設けられ、カソード７２Ｂは、高分子電解質膜７１の他方の主面上に設けられている。
【００５７】
また、ＭＥＡ７３のアノード７２Ａ及びカソード７２Ｂの周囲には、高分子電解質膜７１を挟んで一対のフッ素ゴム製でドーナツ状のガスケット７４が配設されている。これにより、燃料ガスや酸化剤ガスが電池外にリークされることが防止され、また、セル６１内でこれらのガスが互いに混合されることが防止される。なお、ガスケット７４の周縁部には、厚み方向の貫通孔からなる燃料ガス供給マニホールド孔（図示せず）等の各マニホールド孔が設けられている。
【００５８】
また、ＭＥＡ７３とガスケット７４を挟むように、導電性のアノードセパレータ７５Ａとカソードセパレータ７５Ｂが配設されている。これにより、ＭＥＡ７３が機械的に固定され、複数のセル６１をその厚み方向に積層したときには、ＭＥＡ７３が電気的に接続される。なお、これらのセパレータ７５Ａ、７５Ｂは、熱伝導性及び導電性に優れた金属、黒鉛、又は、黒鉛と樹脂を混合したものを使用することができ、例えば、カーボン粉末とバインダー（溶剤）との混合物を射出成形により作製したものやチタンやステンレス鋼製の板の表面に金メッキを施したものを使用することができる。
【００５９】
アノードセパレータ７５Ａのアノード７２Ａと接触する一方の主面（以下、内面という）には、燃料ガスが通流するための溝状の燃料ガス流路７７が設けられている。同様に、カソードセパレータ７５Ｂのカソード７２Ｂと接触する一方の主面（以下、内面という）には、酸化剤ガスが通流するための溝状の酸化剤ガス流路７８が設けられている。なお、アノードセパレータ７５Ａ及びカソードセパレータ７５Ｂのそれぞれの周縁部には、燃料ガス供給マニホールド孔（図示せず）等の各マニホールド孔が厚み方向に貫通するように設けられている。また、燃料ガス流路７７及び酸化剤ガス流路７８の形状は任意であり、例えば、セル６１の厚み方向から見て、サーペンタイン状に形成されていてもよく、ストレート形状に形成されていてもよい。
【００６０】
そして、このように形成されたセル６１がその厚み方向に積層されることにより、セル積層体６０が形成される。このとき、高分子電解質膜７１等に設けられた燃料ガス供給マニホールド孔（図示せず）等の各マニホールド孔がつながって、燃料ガス供給マニホールド６４等の各マニホールドが形成される（図２参照）。なお、燃料ガス供給マニホールド６４、燃料ガス流路７７、及び燃料ガス排出マニホールド６５から燃料ガス内部流路２ａが構成される。また、酸化剤ガス供給マニホールド６６、酸化剤ガス流路７８、酸化剤ガス排出マニホールド６７から酸化剤ガス内部流路２ｂが構成される。
【００６１】
［水タンクの構成］
次に、本実施の形態１に係る燃料電池システム１における水タンク６の構成について、図１及び図４を参照しながら詳細に説明する。
【００６２】
図４は、図１に示す燃料電池システムにおける水タンク周辺の概略構成を示す模式図である。図４（ａ）は、燃焼排ガス流路８の水タンク６よりも下流側の流路（燃焼排ガス流路８の燃焼排ガス凝縮水流路９が接続されている部分よりも下流側の流路）及び酸化剤排ガス流路１２の第２酸化剤排ガス流路１２ｂが、閉塞されていない状態を示し、図４（ｂ）〜（ｄ）は、燃焼排ガス流路８の水タンク６よりも下流側の流路及び第２酸化剤排ガス流路１２ｂの少なくとも一方の流路が、閉塞されている状態を示す。
【００６３】
図４に示すように、本実施の形態１に係る燃料電池システム１の水タンク６は、第１貯水部１７と、第２貯水部１８と、該水タンク６の下部で第１貯水部１７と第２貯水部１８とを連通するように構成された連通部２９を有している。具体的には、水タンク６には、その内部空間を分けるように隔壁１６が設けられている。隔壁１６は、水タンク６の天井面から下方に延びるように、かつ、水タンク６の底面と隙間を有するように、形成されている。そして、隔壁１６と水タンク６の底面との間の空間が、連通部２９を構成する。
【００６４】
また、水タンク６の第１貯水部１７には、水供給流路３０が接続されている。水供給流路３０は、市水が通流するように構成されていて、その途中には、給水弁（水供給器）２１が設けられている。給水弁２１は、水供給流路３０内の市水の通流を許可／阻止するように構成されている。給水弁２１としては、開閉弁等の各種の弁を使用することができる。
【００６５】
さらに、水タンク６の第２貯水部１８には、連通部２９よりも上方に排水口２０が設けられている。排水口２０には、排水流路３１の上流端が接続されていて、その下流端は、ホッパーにおいて、燃料電池システム１外（大気）に開放されており、かつ、一端が下水道につながっている下水管に接続されている。
【００６６】
水タンク６の第２貯水部１８における排水口２０が設けられる位置（高さ）は、燃焼排ガス流路８の水タンク６よりも下流側の流路及び第２酸化剤排ガス流路１２ｂの少なくとも一方の流路が閉塞された場合に、第１貯水部１７内のガスが排水口２０より大気中に排出されるときの第１貯水部１７内の圧力が、燃料電池２の耐圧以下となるように設定されている。換言すると、隔壁１６の上端から排水口２０の下端までの高さＨ（図４（ａ）参照）に対応する水圧差が燃料電池２の耐圧よりも小さくなるように、排水口２０及び隔壁１６が水タンク６に設けられている。
【００６７】
ここで、「燃料電池２の耐圧」とは、燃料電池２の破損を防止することが保証できる最大の圧力をいい、各マニホールド（マニホールド孔）内に存在するガスの圧力により、ガスケット７４のシール性が損なわれる圧力及びセパレータ７５Ａ、７５Ｂが破損する圧力のうち、小さい方の圧力をいう。そして、高さＨ（ｍｍ）は、燃料電池２の耐圧をＡｋＰａとした場合、１ｋＰａ＝１０２ｍｍＨ２Ｏであるため、Ａ×１０２ｍｍとなる。したがって、排水口２０及び隔壁１６は、隔壁１６の上端から排水口２０の下端までの高さＨが、Ａ×１０２ｍｍよりも小さくなるように、水タンク６に配設されていることが好ましい。
【００６８】
なお、本実施の形態１においては、排水口２０及び隔壁１６は、隔壁１６の上端から排水口２０の下端までの高さＨに対応する水圧差が燃料電池２の耐圧よりも小さくなるように水タンク６に配設されている形態を採用したが、これに限定されない。例えば、排水口２０及び隔壁１６は、隔壁１６の上端から排水口２０の下端までの高さＨに対応する水圧差が水素生成器３の耐圧よりも小さくなるように水タンク６に配設されている形態を採用してもよい。また、例えば、排水口２０及び隔壁１６は、隔壁１６の上端から排水口２０の下端までの高さＨに対応する水圧差が、燃料電池２の耐圧及び水素生成器３の耐圧のうち、小さい方の圧力よりも小さくなるように水タンク６に配設されている形態を採用してもよい。
【００６９】
さらに、例えば、排水口２０及び隔壁１６は、隔壁１６の上端から排水口２０の下端までの高さＨに対応する水圧差が、原料供給器４及び酸化剤ガス供給器１０の少なくとも一方の締結圧よりも小さくなるように、水タンク６に配設されている形態を採用してもよい。この場合、排水口２０及び隔壁１６は、隔壁１６の上端から排水口２０の下端までの高さＨに対応する水圧差が、原料供給器４の締結圧及び酸化剤ガス供給器１０の締結圧のうち、小さい方の圧力よりも小さくなるように水タンク６に配設されている形態を採用することが好ましく、燃料電池２の耐圧、水素生成器３の耐圧、原料供給器４の締結圧、及び酸化剤ガス供給器１０の締結圧のうち、最も小さい圧力よりも小さくなるように水タンク６に配設されている形態を採用することがより好ましい。なお、本実施の形態１においては、排水口２０及び隔壁１６は、隔壁１６の上端から排水口２０の下端までの高さＨに対応する水圧差が、燃料電池２の耐圧、水素生成器３の耐圧、原料供給器４の締結圧、及び酸化剤ガス供給器１０の締結圧のうち、最も小さい圧力よりも小さくなるように水タンク６に配設されている形態を採用している。
【００７０】
これにより、燃焼排ガス流路８の水タンク６よりも下流側の流路及び第２酸化剤排ガス流路１２ｂの少なくとも一方の流路が閉塞された場合に、酸化剤排ガス流路１２の第１酸化剤排ガス流路１２ａを通流する酸化剤排ガス及び燃焼排ガス流路８を通流する燃焼排ガスは、水タンク６の排水口２０を介して、大気中に排出される。なお、燃焼排ガス流路８、第１酸化剤排ガス流路１２ａ及び第２酸化剤排ガス流路１２ｂは、圧力損失が大きくならないように、内径が充分に大きい配管が用いられている。
【００７１】
［燃料電池システムの動作］
次に、本実施の形態１に係る燃料電池システム１の動作について、図１を参照しながら説明する。なお、以下の説明においては、燃焼排ガス流路８の水タンク６よりも下流側の流路及び第２酸化剤排ガス流路１２ｂの少なくとも一方の流路が閉塞されていない場合について説明する。
【００７２】
まず、水素生成器３に天然ガス、ＬＰＧ等の原料が原料供給器４により供給される。水素生成器３では、供給された原料が水蒸気雰囲気化で水蒸気改質され、水素を多く含む燃料ガスが生成される。生成された燃料ガスは、燃料電池２のアノード７２Ａに供給される。また、燃料電池２のカソード７２Ｂには、酸化剤ガス供給器１０によって、空気が酸化剤ガスとして供給される。
【００７３】
燃料電池２では、このようにして供給された燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて反応が行われ、電気と熱が発生する。発生した熱は、燃料電池２を通流する冷却水に回収される（図示せず）。
【００７４】
反応に利用されずに燃料電池２から排出された未反応の燃料ガスは、水素生成器３の燃焼器３ａに供給され、燃焼に用いられる。燃焼器３ａで生じる燃焼熱により水素生成器３の改質器等（図示せず）が加熱される。これにより、改質器を所定の温度に保った状態で水蒸気改質反応を行うことができる。
【００７５】
そして、燃焼器３ａで生成された燃焼排ガスは、燃焼排ガス流路８に排出される。燃焼排ガス流路８に排出された燃焼排ガスは、燃焼排ガス熱交換器５で温水循環経路１５を通流する水によって、燃焼排ガスの熱が回収される。これにより、燃焼排ガスが露点温度以下にまで冷却され、燃焼排ガス中の水分が凝縮される。凝縮された水は、燃焼排ガス凝縮水流路９を通流して、水タンク６に貯えられる。なお、燃焼排ガスの気体成分は、燃焼排ガス流路８を通流して、排気口７から燃料電池システム１外に放出される。
【００７６】
また、反応に利用されずに燃料電池２から排出された未反応の酸化剤排ガスは、酸化剤排ガス流路１２（正確には、第１酸化剤排ガス流路１２ａ）を通流して、酸化剤排ガス熱交換器１１に送られる。酸化剤排ガス熱交換器１１では、温水循環経路１５を通流する水によって、酸化剤排ガスの熱が回収される。これにより、酸化剤排ガスが露点温度以下まで冷却され、それにより、酸化剤排ガス中の水分が凝縮される。凝縮された水は、第１酸化剤排ガス流路１２ａを通流して、水タンク６に貯えられる。また、酸化剤排ガスの気体成分は、第２酸化剤排ガス流路１２ｂを通流して、排気口７から燃料電池システム１外に放出される。
【００７７】
［燃料電池システムの作用効果］
次に、本実施の形態１に係る燃料電池システム１の作用効果について、図１及び図４（ｂ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。
【００７８】
図４（ｂ）〜（ｄ）に示すように、燃料電池システム１の運転中等に、燃焼排ガス流路８の水タンク６よりも下流側の流路及び第２酸化剤排ガス流路１２ｂの少なくとも一方の流路が閉塞されたとする（図４（ｂ）〜（ｄ）では、排気口７が閉塞されている状態を示している）。排気口７が次第に閉塞すると、排気口７での燃焼排ガスと酸化剤排ガスの圧力損失が増加する。これに伴い、燃焼排ガス流路８及び第２酸化剤排ガス流路１２ｂ内の圧力が増加し、ひいては、水タンク６の第１貯水部１７内の圧力が増加する。
【００７９】
図４（ｂ）に示すように、第１貯水部１７内の圧力増加に伴い、水タンク６の第１貯水部１７の水位が低下する。一方、第２貯水部１８の水位は、第１貯水部１７の水位が低下した分だけ上昇する。図４（ｃ）に示すように、第２貯水部１８の水位が排水口２０より高くなると、水タンク６内の水は、排水口２０から排水流路３１を通流して、燃料電池システム１外に排水される。
【００８０】
そして、図４（ｄ）に示すように、排気口７がさらに閉塞すると、排気口７での燃焼排ガスと酸化剤排ガスの圧力損失はさらに増加する。このため、第１貯水部１７の圧力がさらに増加し、水タンク６の第１貯水部１７の水位はさらに低くなる。第１貯水部１７の水位が隔壁１６より低くなると、第１貯水部１７内のガス（空気、酸化剤排ガス及び燃焼排ガスを含む）は、第２貯水部１８に進入する。第２貯水部１８に進入したガスは、第２貯水部１８から排水口２０を介して、排水流路３１を通流して、燃料電池システム１外（大気中）に排出される。したがって、水タンク６の第１貯水部１７内の圧力が、燃料電池２及び水素生成器３の耐圧のうち、小さい方の圧力以上になることが抑制される。
【００８１】
このように、本実施の形態１に係る燃料電池システム１では、燃焼排ガス流路８の水タンク６よりも下流側の流路及び第２酸化剤排ガス流路１２ｂの少なくとも一方の流路が閉塞されても、第１貯水部１７内の圧力が、燃料電池２の耐圧、水素生成器３の耐圧、原料供給器４の締結圧、及び酸化剤ガス供給器１０の締結圧のうち、最も小さい圧力以上になることが抑制されるため、燃料電池２、水素生成器３、原料供給器４、及び酸化剤ガス供給器１０の破損を抑制することができる。
【００８２】
なお、本実施の形態１においては、排ガス流路を酸化剤排ガス流路１２と燃焼排ガス流路８及び燃焼排ガス凝縮水流路９で構成される形態を採用したが、これに限定されない。排ガス流路は、例えば、酸化剤排ガス流路１２で構成されてもよく、燃焼排ガス流路８及び燃焼排ガス凝縮水流路９で構成されてもよい。
【００８３】
また、本実施の形態１においては、燃焼排ガス流路８の水タンク６よりも下流側の流路及び第２酸化剤排ガス流路１２ｂの少なくとも一方の流路が閉塞された場合に、燃料電池システム１の運転を継続してもよく、後述する実施の形態２のように、燃料電池システム１の運転を停止させてもよい。
【００８４】
［変形例１］
次に、本実施の形態１に係る燃料電池システム１の変形例について説明する。
【００８５】
図５は、本実施の形態１における変形例１の燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【００８６】
図５に示すように、本実施の形態１における変形例１の燃料電池システム１は、実施の形態１に係る燃料電池システム１と基本的構成は同じであるが、排ガス流路（燃焼排ガス流路８及び酸化剤排ガス流路１２）の構成が異なる。具体的には、燃焼排ガス流路８は、第１燃焼排ガス流路（第１流路）８ａと第２燃焼排ガス流路（第２流路）８ｂを有している。第１燃焼排ガス流路８ａは、水素生成器３の燃焼器３ａと水タンク６の第１貯水部１７を接続している。第２燃焼排ガス流路８ｂは、水タンク６の第１貯水部１７と排気口７を接続している。
【００８７】
また、酸化剤排ガス流路（第３流路）１２は、燃料電池２の酸化剤ガス内部流路２ｂと排気口７を接続している。また、酸化剤排ガス流路１２の酸化剤排ガス熱交換器１１よりも下流側の流路には、酸化剤排ガス凝縮水流路（第４流路）１３の上流端が接続されている。酸化剤排ガス凝縮水流路１３の下流端は、水タンク６の第１貯水部１７に接続されている。
【００８８】
このように構成された本変形例１の燃料電池システム１であっても、実施の形態１に係る燃料電池システム１と同様の作用効果を奏する。
【００８９】
［変形例２］
図６は、本実施の形態１における変形例２の燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【００９０】
図６に示すように、本実施の形態１における変形例２の燃料電池システム１は、実施の形態１に係る燃料電池システム１と基本的構成は同じであるが、燃焼排ガス流路８の構成が異なる。具体的には、燃焼排ガス流路８は、第１燃焼排ガス流路（第１流路）８ａと第２燃焼排ガス流路（第２流路）８ｂを有している。第１燃焼排ガス流路８ａは、水素生成器３の燃焼器３ａと水タンク６の第１貯水部１７を接続している。第２燃焼排ガス流路８ｂは、水タンク６の第１貯水部１７と排気口７を接続している。そして、本変形例２においては、第２燃焼排ガス流路８ｂを構成する配管が、第２酸化剤排ガス流路１２ｂを兼用している。
【００９１】
このように構成された本変形例２の燃料電池システム１であっても、実施の形態１に係る燃料電池システム１と同様の作用効果を奏する。なお、本変形例２においては、第２燃焼排ガス流路８ｂと第２酸化剤排ガス流路１２ｂとを兼用する形態を採用したが、これに限定されず、第２燃焼排ガス流路８ｂと第２酸化剤排ガス流路１２ｂを別々に設ける形態を採用してもよい。
【００９２】
［変形例３］
図７は、本実施の形態１における変形例３の燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【００９３】
図７に示すように、本実施の形態１における変形例３の燃料電池システム１は、実施の形態１に係る燃料電池システム１と基本的構成は同じであるが、酸化剤排ガス流路１２の構成が異なる。具体的には、酸化剤排ガス流路（第３流路）１２は、燃料電池２の酸化剤ガス内部流路２ｂと排気口７を接続している。また、酸化剤排ガス流路１２の酸化剤排ガス熱交換器１１よりも下流側の流路には、酸化剤排ガス凝縮水流路（第４流路）１３の上流端が接続されている。酸化剤排ガス凝縮水流路１３の下流端は、水タンク６の第１貯水部１７に接続されている。
【００９４】
このように構成された本変形例３の燃料電池システム１であっても、実施の形態１に係る燃料電池システム１と同様の作用効果を奏する。
【００９５】
［変形例４］
図８は、本実施の形態１における変形例４の燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【００９６】
図８に示すように、本実施の形態１における変形例４の燃料電池システム１は、実施の形態１に係る燃料電池システム１と基本的構成は同じであるが、水タンク６の構成が異なる。具体的には、第１貯水部１７と第２貯水部１８が、それぞれ、独立したタンク（筐体）で構成されている。そして、第１貯水部１７の下部と第２貯水部１８の下部を連通するように、連通部２９が設けられている。
【００９７】
このように構成された本変形例４の燃料電池システム１であっても、実施の形態１に係る燃料電池システム１と同様の作用効果を奏する。
【００９８】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムは、制御器と、水タンクの第１貯水部に設けられ、該第１貯水部の水位を検知する水位検知器と、をさらに備え、排ガスが水タンクの排水口を介して大気中に排出される場合の水位である第１水位を水位検知器が検知した場合に、制御器が燃料電池装置の運転を停止するように構成されている態様を例示するものである。
【００９９】
［燃料電池システムの構成］
図９は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【０１００】
図９に示すように、本発明の実施の形態２に係る燃料電池システム１は、実施の形態１に係る燃料電池システム１と基本的構成は同じであるが、水位検知器１９及び制御器２２が設けられている点が異なる。具体的には、水位検知器１９は、水タンク６の第１貯水部１７内に設けられている。
【０１０１】
水位検知器１９は、第１貯水部１７内部の水位を検知し、その検知した水位を制御器２２に出力することができればどの様な形態であってもよい。水位検知器１９としては、例えば、例えば、フロート式水位センサ、光学界面式水位センサ、超音波式水位センサ、電極式水位センサ、及び圧力式水位センサ等を用いることができる。
【０１０２】
制御器２２は、燃料電池システム１を構成する各機器を制御する機器であれば、どのような形態であってもよく、例えば、マイクロプロセッサ、ＣＰＵ等に例示される演算処理部と、各制御動作を実行するためのプログラムを格納した、メモリ等から構成される記憶部を備えている。そして、制御器２２は、演算処理部が、記憶部に格納された所定の制御プログラムを読み出し、これを実行することにより、これらの情報を処理し、かつ、これらの制御を含む燃料電池システム１に関する各種の制御を行う。
【０１０３】
なお、制御器２２は、単独の制御器で構成される形態だけでなく、複数の制御器が協働して、燃料電池システム１の制御を実行する制御器群で構成される形態であっても構わない。また、制御器２２は、マイクロコントローラで構成されていてもよく、ＭＰＵ、ＰＬＣ(Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ)、論理回路等によって構成されていてもよい。
【０１０４】
そして、制御器２２は、水位検知器１９が検知する第１貯水部１７の水位に基づいて、燃料電池システム１の制御を行う。具体的には、制御器２２は、水位検知器１９が第１水位を検知すると、燃料電池装置２４（燃料電池システム１）の運転を停止させる。ここで、第１水位は、燃焼排ガス流路８の水タンク６よりも下流側の流路及び第２酸化剤排ガス流路１２ｂの少なくとも一方の流路が閉塞され、排ガスが水タンク６の排水口２０を介して大気中に排出されるときの水位である。
【０１０５】
例えば、燃料電池２の耐圧をＡｋＰａとした場合、第１貯水部１７の水位が排水口２０からＡ×１０２ｍｍ下方に位置するときに、排水口２０から排ガスが排出されると、燃料電池２の破損を抑制することができる。このため、制御器２２は、水位検知器１９が排水口２０からＡ×１０２ｍｍ以下の水位を検知した場合に、燃料電池システム１を停止させることが好ましい。したがって、第１水位は、排水口２０からＡ×１０２ｍｍ下方の位置以下、かつ、水タンク６の底面以上の間で任意に設定することができる。
【０１０６】
このように構成された、本実施の形態２に係る燃料電池システム１であっても、実施の形態１に係る燃料電池システム１と同様の作用効果を奏する。
【０１０７】
また、本実施の形態２に係る燃料電池システム１では、水位検知器１９が第１水位を検知すると、制御器２２が燃料電池システム１の運転を停止するように構成されているため、燃焼排ガス流路８の水タンク６よりも下流側の流路及び第２酸化剤排ガス流路１２ｂの少なくとも一方の流路が閉塞されても、燃料電池２に耐圧以上の圧力がかかることが抑制される。このため、本実施の形態２に係る燃料電池システム１では、燃料電池２の破損を充分に抑制することができる。
【０１０８】
なお、本実施の形態２においては、第１水位を燃料電池２の耐圧に基づいて規定したが、これに限定されない。例えば、第１水位は、水素生成器３の耐圧に基づいて規定してもよく、原料供給器４の締結圧に基づいて規定してもよく、酸化剤ガス供給器１０の締結圧に基づいて規定してもよい。また、第１水位は、燃料電池２の耐圧、水素生成器３の耐圧、原料供給器４の締結圧、及び酸化剤ガス供給器１０の締結圧のうち、最も小さい圧力に基づいて規定してもよい。
【０１０９】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムは、制御器と、水タンクの第１貯水部に設けられ、該第１貯水部の水位を検知する水位検知器と、水タンクの第１貯水部に水を供給するように構成された水供給器と、をさらに備え、制御器が、排ガスが水タンクの排水口を介して大気中に排出される場合の水位である第１水位よりも高く、かつ、第１貯水部の満水位よりも低い水位である第２水位を水位検知器が検知した場合に、水タンクの第１貯水部に水を供給するように水供給器を制御し、水供給器が第１貯水部に水を供給してから所定時間経過後に、水位検知器が第１水位を検知した場合に、燃料電池装置の運転を停止するように構成されている態様を例示するものである。
【０１１０】
［燃料電池システムの動作］
本発明の実施の形態３に係る燃料電池システム１は、実施の形態２に係る燃料電池システム１の構成と同じであるため、その詳細な説明は省略する。また、本実施の形態３に係る燃料電池システム１の発電運転は、公知の燃料電池システム１の一般的な発電運転と同様に行われるため、その詳細な説明は省略する。
【０１１１】
ところで、燃料電池システム１において、例えば、燃焼排ガス熱交換器５や酸化剤排ガス熱交換器１１で充分な水が凝縮されず、水タンク６内に貯えられた水の一部を別のタンクに供給するような場合には、水タンク６に貯えられている水が減少し、第１貯水部１７の水位が低下する。すなわち、燃焼排ガス流路８の水タンク６よりも下流側の流路及び第２酸化剤排ガス流路１２ｂの少なくとも一方の流路が閉塞の有無にかかわらず、第１貯水部１７の水位が低下する場合がある。
【０１１２】
そこで、本実施の形態３においては、制御器２２が、第１貯水部１７の水位の低下が、流路の閉塞によるものであるのか、又は水タンク６の水を使用すること等の流路の閉塞以外によるものであるのかを判断して、流路の閉塞により第１貯水部１７の水位が低下している場合には、燃料電池装置２４（燃料電池システム１）の運転を停止するように構成されている。以下には、水位検知器１９が検知した第１貯水部１７の水位に基づく、制御器２２の制御について説明する。
【０１１３】
図１０は、本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの水位判定動作を模式的に示すフローチャートである。なお、以下の動作は、原則として、燃料電池システム１の発電運転中に行われる。
【０１１４】
図１０に示すように、まず、制御器２２は、水位検知器１９より、第１貯水部１７の水位Ｌを取得する（ステップＳ１０１）。ついで、制御器２２は、ステップＳ１０１で取得した水位Ｌが第２水位以下であるか否かを判断する（ステップＳ１０２）。ここで、第２水位は、第１水位よりも高く、かつ、水タンク６の満水位よりも低い水位をいう。第２水位としては、第１水位より高く、かつ、水タンク６の満水位よりも低い水位の間で任意に設定することができる。
【０１１５】
制御器２２は、ステップＳ１０１で取得した水位Ｌが第２水位より高い場合（ステップＳ１０２でＮｏ）には、ステップＳ１０１に戻り、第２水位以下になるまで、ステップＳ１０１及びステップＳ１０２を繰り返す。一方、制御器２２は、ステップＳ１０１で取得した水位Ｌが第２水位以下である場合（ステップＳ１０２でＹｅｓ）には、ステップＳ１０３に進む。
【０１１６】
ステップＳ１０３では、制御器２２は、給水弁２１を作動させて、水タンク６内に市水を供給させる。なお、水タンク６への市水の供給は、第１貯水部１７の水位が第２水位より高く、かつ、水タンク６の満水位以下となるように行われる。
【０１１７】
次に、制御器２２は、給水弁２１を作動させてからの時間Ｔを取得し（ステップＳ１０４）、ステップＳ１０４で取得した時間Ｔが、所定時間Ｔ１以上であるか否かを判断する（ステップＳ１０５）。ここで、所定時間Ｔ１は、予め実験等で求められた時間である。
【０１１８】
例えば、燃焼排ガス流路８の水タンク６よりも下流側の流路及び第２酸化剤排ガス流路１２ｂの少なくとも一方の流路を閉塞させ、燃料電池２の耐圧と同じ圧力を第１貯水部１７にかけたときに、第１酸化剤排ガス流路１２ａや燃焼排ガス流路８に存在するガスが、排水口２０から排出されるまでの時間を所定時間Ｔ１としてもよい。
【０１１９】
また、例えば、燃焼排ガス流路８の水タンク６よりも下流側の流路及び第２酸化剤排ガス流路１２ｂの少なくとも一方の流路を閉塞させ、燃料電池２の耐圧、水素生成器３の耐圧、原料供給器４の締結圧、及び酸化剤ガス供給器１０の締結圧のうち、最も小さい圧力を第１貯水部１７にかけたときに、第１酸化剤排ガス流路１２ａや燃焼排ガス流路８に存在するガスが、排水口２０から排出されるまでの時間を所定時間Ｔ１としてもよい。
【０１２０】
制御器２２は、ステップＳ１０４で取得した時間Ｔが、所定時間Ｔ１未満である場合（ステップＳ１０５でＮｏ）には、ステップＳ１０４に戻り、ステップＳ１０４で取得した時間Ｔが所定時間Ｔ１になるまで、ステップＳ１０４及びステップＳ１０５を繰り返す。一方、制御器２２は、ステップＳ１０４で取得した時間Ｔが、所定時間Ｔ１以上である場合（ステップＳ１０５でＹｅｓ）には、ステップＳ１０６に進む。
【０１２１】
ステップＳ１０６では、制御器２２は、再び水位検知器１９から第１貯水部１７の水位を取得する。そして、制御器２２は、ステップＳ１０６で取得した水位Ｌが第１水位以下であるか否かを判断する（ステップＳ１０７）。
【０１２２】
ここで、ステップＳ１０６で取得した水位Ｌが第１水位より高い場合には、水タンク６内の水が消費（供給）されたために、第１貯水部１７の水位が低下したと判断することができる。一方、ステップＳ１０６で取得した水位Ｌが第１水位以下である場合には、燃焼排ガス流路８の水タンク６よりも下流側の流路及び第２酸化剤排ガス流路１２ｂの少なくとも一方の流路が閉塞したために、排水口２０から第１貯水部１７内の水が排出され、第１貯水部１７の水位が低下したと判断することができる。
【０１２３】
このため、制御器２２は、ステップＳ１０６で取得した水位Ｌが第１水位より高い場合（ステップＳ１０７でＮｏ）には、ステップＳ１０１に戻り、本プログラムを繰り返す。一方、制御器２２は、ステップＳ１０６で取得した水位Ｌが第１水位以下である場合（ステップＳ１０７でＹｅｓ）には、燃料電池装置２４（燃料電池システム１）の運転を停止させ（ステップＳ１０８）、本プログラムを終了する。
【０１２４】
このように構成された本実施の形態３に係る燃料電池システム１であっても、実施の形態２に係る燃料電池システム１と同様の作用効果を奏する。また、本実施の形態３に係る燃料電池システム１では、第１貯水部１７の水位の低下が、燃焼排ガス流路８の水タンク６よりも下流側の流路及び第２酸化剤排ガス流路１２ｂの少なくとも一方の流路の閉塞によるものか否かを制御器２２が判断することにより、より適切に燃料電池装置２４の停止を行うことができる。このため、本実施の形態３に係る燃料電池システム１は、より利便性を高めることができる。
【０１２５】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４に係る燃料電池システムは、制御器と、燃料電池装置に原料を供給する原料供給器と、を備え、燃料電池装置は、燃料電池を有し、燃料電池には、アノードに燃料ガスを供給する燃料ガス内部流路とカソードに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス内部流路が設けられ、燃料ガス内部流路の下流端に、排ガス流路が接続されており、制御器が、燃料電池の発電量に応じた規定流量の原料を供給するように原料供給器をフィードバック制御しており、原料供給器の供給能力が予め設定された第１供給能力よりも高くなる場合には、燃料電池装置の運転を停止するように構成されている態様を例示するものである。
【０１２６】
ここで、「第１供給能力」は、水素生成器の耐圧及び燃料電池の耐圧のうち、小さい方の圧力よりも小さい圧力となる原料供給器の供給能力をいう。
【０１２７】
［燃料電池システムの構成］
図１１は、本発明の実施の形態４に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【０１２８】
図１１に示すように、本発明の実施の形態４に係る燃料電池システム１は、実施の形態１に係る燃料電池システム１と基本的構成は同じであるが、制御器２２が設けられている点が異なる。また、本実施の形態４に係る燃料電池システム１では、排ガス流路として、燃焼排ガス流路８及び燃焼排ガス凝縮水流路９を規定している点が、実施の形態１に係る燃料電池システム１と異なる。なお、制御器２２は、実施の形態２で説明した制御器２２と同様に構成されているため、その詳細な説明は省略する。
【０１２９】
［燃料電池システムの作用効果］
次に、本実施の形態４に係る燃料電池システム１の作用効果について説明する。
【０１３０】
上述したように、燃焼排ガス流路８の水タンク６よりも下流側の流路及び第２酸化剤排ガス流路１２ｂの少なくとも一方の流路が閉塞された場合には、水タンク６の第１貯水部１７内の圧力が増加する。第１貯水部１７内の圧力の増加に伴い、燃焼排ガス流路８等内の圧力が増加するため、原料供給流路２５内の圧力も増加する。
【０１３１】
ここで、制御器２２が、燃料電池２の発電量に応じた規定流量の原料を供給するように原料供給器４をフィードバック制御しているとする。燃料電池２の発電量が一定である場合であっても、原料供給流路２５内の圧力が増加すると、原料供給器４の供給能力が一定であると、燃料電池２の発電量に応じた規定流量の原料を供給することができなくなる。
【０１３２】
このため、制御器２２は、その供給能力を増加するように、原料供給器４を制御する。したがって、燃料電池２の発電量によっては、制御器２２は、燃料電池２や水素生成器３の耐圧以上の圧力がかかるまで、原料供給器４の供給能力を増加させるおそれがある。
【０１３３】
そこで、本実施の形態４に係る燃料電池システム１では、制御器２２が、燃料電池２の発電量に応じた規定流量の原料を供給するように、原料供給器４をフィードバック制御している場合に、原料供給器４の供給能力が予め設定された第１供給能力よりも高くなる場合には、燃料電池装置２４（燃料電池システム１）の運転を停止するように構成されている。
【０１３４】
具体的には、例えば、原料供給器４の供給能力が８０％以上では、燃料電池２や水素生成器３の耐圧以上になり、燃料電池２や水素生成器３が破損するおそれがあるとする。このとき、第１供給能力を８０％から１０ポイント低い７０％と規定したとする。制御器２２は、原料供給器４の供給能力が７０％よりも高くなるように、原料供給器４を制御したとき、燃焼排ガス流路８の水タンク６よりも下流側の流路及び第２酸化剤排ガス流路１２ｂの少なくとも一方の流路が閉塞されていると判断し、燃料電池装置２４の運転を停止する。このため、燃料電池２や水素生成器３が破損されることを抑制することができる。
【０１３５】
このように構成された本実施の形態４に係る燃料電池システム１であっても、実施の形態１に係る燃料電池システム１と同様の作用効果を奏する。また、本実施の形態４に係る燃料電池システム１では、原料供給器４の供給能力が予め設定された第１供給能力よりも高くなると、燃料電池装置２４（燃料電池システム１）の運転を停止するため、燃料電池２や水素生成器３の破損をより抑制することができる。
【０１３６】
なお、本実施の形態４においては、制御器２２が、燃料電池２の発電量に応じた規定流量の原料を供給するように原料供給器４をフィードバック制御しているとしたが、これに限定されない。例えば、制御器２２は、原料の流量を測定する原料流量計で原料の流量が規定流量になるようにフィードバック制御してもよい。
【０１３７】
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５に係る燃料電池システムは、制御器と、燃料電池装置に原料を供給する原料供給器と、記原料供給器から燃料電池装置に供給される原料の流量を検知する原料流量検知器と、を備え、燃料電池装置は、燃料電池を有し、燃料電池には、アノードに燃料ガスを供給する燃料ガス内部流路とカソードに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス内部流路が設けられ、燃料ガス内部流路の下流端に、排ガス流路が接続されており、制御器は、燃料電池の発電量に応じて予め設定された供給能力になるように原料供給器を制御しており、原料流量検知器が予め設定された第１原料流量より低い流量を検知した場合には、燃料電池装置の運転を停止するように構成されている態様を例示するものである。
【０１３８】
［燃料電池システムの構成］
図１２は、本発明の実施の形態５に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【０１３９】
図１２に示すように、本発明の実施の形態５に係る燃料電池システム１は、実施の形態１に係る燃料電池システム１と基本的構成は同じであるが、制御器２２と原料流量計（原料流量検知器）３２が設けられている点が異なる。また、本実施の形態５係る燃料電池システム１では、排ガス流路として、燃焼排ガス流路８及び燃焼排ガス凝縮水流路９を規定している点が、実施の形態１に係る燃料電池システム１と異なる。
【０１４０】
原料流量計３２は、原料供給流路２５を通流する原料の流量を検知することができれば、どのような形態であってもよい。原料流量計３２としては、例えば、ベンチュリ計やオリフィス流量計等を用いることができる。なお、制御器２２は、実施の形態２で説明した制御器２２と同様に構成されているため、その詳細な説明は省略する。
【０１４１】
［燃料電池システムの作用効果］
次に、本実施の形態５に係る燃料電池システム１の作用効果について説明する。
【０１４２】
図１３は、本発明の実施の形態５に係る燃料電池システムにおける発電電力と原料流量の関係及び発電電力と第１原料流量の関係を示すグラフである。
【０１４３】
制御器２２は、図１３に示すように、燃料電池２の発電量に応じて予め設定された供給能力になるように原料供給器４を制御しているとする。すなわち、本実施の形態５においては、制御器２２は、燃料電池装置２４の最低発電電力である２００Ｗで発電する場合に、燃料電池装置２４（正確には、水素生成器３）に供給される原料の流量が１ＮＬＭとなるように、原料供給器４の供給能力を制御している。また、制御器２２は、燃料電池装置２４の最高発電電力である１０００Ｗで発電する場合に、燃料電池装置２４（正確には、水素生成器３）に供給される原料の流量が４ＮＬＭとなるように、原料供給器４の供給能力を制御している。そして、制御器２２は、発電電力に対して、燃料電池装置２４（正確には、水素生成器３）に供給される原料の流量が、一次直線となるように、原料供給器４の供給能力を制御している。
【０１４４】
ところで、上述したように、燃焼排ガス流路８の水タンク６よりも下流側の流路及び第２酸化剤排ガス流路１２ｂの少なくとも一方の流路が閉塞された場合には、水タンク６の第１貯水部１７内の圧力が増加する。第１貯水部１７内の圧力の増加に伴い、燃焼排ガス流路８等内の圧力が増加するため、原料供給流路２５内の圧力も増加する。このため、制御器２２が、例えば、原料の流量が１ＮＬＭとなるように、原料供給器４の供給能力を制御していても、原料流量計３２で検知される原料の流量は、１ＮＬＭより小さいものとなる。
【０１４５】
そこで、本実施の形態５に係る燃料電池システム１では、制御器２２が、燃料電池２の発電量に応じて予め設定された供給能力になるように原料供給器４を制御している場合に、原料流量計３２が予め設定された第１原料流量より低い流量を検知した場合には、燃料電池装置２４（燃料電池システム１）の運転を停止するように構成されている。ここで、第１原料流量は、燃料電池システム１の構成等により、予め設定されたものである。
【０１４６】
具体的には、例えば、図１３に示すように、第１原料流量は、燃料利用率の増加に伴う燃料電池２の劣化を抑制するために、以下のように設定されている。すなわち、第１原料流量は、燃料電池装置２４の最低発電電力である２００Ｗで発電する場合には、燃料利用率が９０％となる０．８ＮＬＭと設定されている。また、第１原料流量は、燃料電池装置２４の最高発電電力である１０００Ｗで発電する場合には、燃料利用率が９０％となる３．２ＮＬＭと設定されている。そして、第１原料流量は、発電電力に対して、一次直線となるように設定されている。
【０１４７】
制御器２２は、例えば、燃料電池装置２４を２００Ｗで発電するように制御している場合に、原料流量計３２が検知する原料流量が、第１原料流量である０．８ＮＬＭより低い流量を検知した場合に、燃焼排ガス流路８の水タンク６よりも下流側の流路及び第２酸化剤排ガス流路１２ｂの少なくとも一方の流路が閉塞されていると判断し、燃料電池装置２４の運転を停止する。このため、燃料電池２や水素生成器３が破損されることを抑制することができる。
【０１４８】
このように構成された本実施の形態５に係る燃料電池システム１であっても、実施の形態１に係る燃料電池システム１と同様の作用効果を奏する。また、本実施の形態５に係る燃料電池システム１では、原料流量計３２で検知される原料の流量が第１原料流量より低い流量を検知すると、燃料電池装置２４（燃料電池システム１）の運転を停止するため、燃料電池２や水素生成器３の破損をより抑制することができる。
【０１４９】
（実施の形態６）
本発明の実施の形態６に係る燃料電池システムは、制御器と、燃料電池装置に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器と、を備え、燃料電池装置は、燃料電池を有し、燃料電池には、アノードに燃料ガスを供給する燃料ガス内部流路とカソードに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス内部流路が設けられ、酸化剤ガス内部流路の下流端に、排ガス流路が接続されており、制御器は、燃料電池の発電量に応じた規定流量の酸化剤ガスを供給するように酸化剤ガス供給器をフィードバック制御しており、酸化剤ガス供給器の供給能力が予め設定された第２供給能力よりも高くなる場合には、燃料電池装置の運転を停止するように構成されている態様を例示するものである。
【０１５０】
ここで、「第２供給能力」は、水素生成器の耐圧及び燃料電池の耐圧のうち、小さい方の圧力よりも小さい圧力となる酸化剤ガス供給器の供給能力をいう。
【０１５１】
［燃料電池システムの構成］
図１４は、本発明の実施の形態６に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【０１５２】
図１４に示すように、本発明の実施の形態４６係る燃料電池システム１は、実施の形態１に係る燃料電池システム１と基本的構成は同じであるが、制御器２２が設けられている点が異なる。また、本実施の形態６に係る燃料電池システム１では、排ガス流路として、酸化剤排ガス流路１２を規定している点が、実施の形態１に係る燃料電池システム１と異なる。なお、制御器２２は、実施の形態２で説明した制御器２２と同様に構成されているため、その詳細な説明は省略する。
【０１５３】
［燃料電池システムの作用効果］
次に、本実施の形態６に係る燃料電池システム１の作用効果について説明する。
【０１５４】
上述したように、燃焼排ガス流路８の水タンク６よりも下流側の流路及び第２酸化剤排ガス流路１２ｂの少なくとも一方の流路が閉塞された場合には、水タンク６の第１貯水部１７内の圧力が増加する。第１貯水部１７内の圧力の増加に伴い、燃焼排ガス流路８等内の圧力が増加するため、酸化剤ガス供給流路２８内の圧力も増加する。
【０１５５】
ここで、制御器２２が、燃料電池２の発電量に応じた規定流量の酸化剤ガスを供給するように酸化剤ガス供給器１０をフィードバック制御しているとする。燃料電池２の発電量が一定である場合であっても、酸化剤ガス供給流路２８内の圧力が増加すると、酸化剤ガス供給器１０の供給能力が一定であると、燃料電池２の発電量に応じた規定流量の酸化剤ガスを供給することができなくなる。
【０１５６】
このため、制御器２２は、その供給能力を増加するように、酸化剤ガス供給器１０を制御する。したがって、燃料電池２の発電量によっては、制御器２２は、燃料電池２や水素生成器３の耐圧以上の圧力がかかるまで、酸化剤ガス供給器１０の供給能力を増加させるおそれがある。
【０１５７】
そこで、本実施の形態６に係る燃料電池システム１では、制御器２２が、燃料電池２の発電量に応じた規定流量の酸化剤ガスを供給するように、酸化剤ガス供給器１０をフィードバック制御している場合に、酸化剤ガス供給器１０の供給能力が予め設定された第２供給能力よりも高くなる場合には、燃料電池装置２４（燃料電池システム１）の運転を停止するように構成されている。
【０１５８】
具体的には、例えば、酸化剤ガス供給器１０の供給能力が７０％以上では、燃料電池２や水素生成器３の耐圧以上になり、燃料電池２や水素生成器３が破損するおそれがあるとする。このとき、第２供給能力を７０％から５ポイント低い６５％と規定したとする。制御器２２は、酸化剤ガス供給器１０の供給能力が６５％よりも高くなるように、酸化剤ガス供給器１０を制御したとき、燃焼排ガス流路８の水タンク６よりも下流側の流路及び第２酸化剤排ガス流路１２ｂの少なくとも一方の流路が閉塞されていると判断し、燃料電池装置２４の運転を停止する。このため、燃料電池２や水素生成器３が破損されることを抑制することができる。
【０１５９】
このように構成された本実施の形態６に係る燃料電池システム１であっても、実施の形態１に係る燃料電池システム１と同様の作用効果を奏する。また、本実施の形態６に係る燃料電池システム１では、酸化剤ガス供給器１０の供給能力が予め設定された第２供給能力よりも高くなると、燃料電池装置２４（燃料電池システム１）の運転を停止するため、燃料電池２や水素生成器３の破損をより抑制することができる。
【０１６０】
なお、本実施の形態６においては、制御器２２が、燃料電池２の発電量に応じた規定流量の酸化剤ガスを供給するように酸化剤ガス供給器１０をフィードバック制御しているとしたが、これに限定されない。例えば、制御器２２は、酸化剤ガスの流量を測定する酸化剤ガス流量計で酸化剤ガスの流量が規定流量になるようにフィードバック制御してもよい。
【０１６１】
（実施の形態７）
本発明の実施の形態７に係る燃料電池システムは、制御器と、燃料電池装置に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器と、酸化剤ガス供給器から燃料電池装置に供給される酸化剤ガスの流量を検知する酸化剤ガス流量検知器と、を備え、燃料電池装置は、燃料電池を有し、燃料電池には、アノードに燃料ガスを供給する燃料ガス内部流路とカソードに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス内部流路が設けられ、酸化剤ガス内部流路の下流端に、排ガス流路が接続されており、制御器は、燃料電池の発電量に応じて予め設定された供給能力になるように酸化剤ガス供給器を制御しており、酸化剤ガス流量検知器が予め設定された第１酸化剤ガス流量より低い流量を検知した場合には、燃料電池装置の運転を停止するように構成されている態様を例示するものである。
【０１６２】
［燃料電池システムの構成］
図１５は、本発明の実施の形態７に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【０１６３】
図１５に示すように、本発明の実施の形態７に係る燃料電池システム１は、実施の形態１に係る燃料電池システム１と基本的構成は同じであるが、制御器２２と空気流量計（酸化剤ガス流量検知器）４２が設けられている点が異なる。また、本実施の形態７係る燃料電池システム１では、排ガス流路として、酸化剤排ガス流路１２を規定している点が、実施の形態１に係る燃料電池システム１と異なる。
【０１６４】
空気流量計４２は、酸化剤ガス供給流路２８を通流する酸化剤ガスの流量を検知することができれば、どのような形態であってもよい。空気流量計４２としては、例えば、ベンチュリ計やオリフィス流量計等を用いることができる。なお、制御器２２は、実施の形態２で説明した制御器２２と同様に構成されているため、その詳細な説明は省略する。
【０１６５】
［燃料電池システムの作用効果］
次に、本実施の形態７に係る燃料電池システム１の作用効果について説明する。
【０１６６】
図１６は、本発明の実施の形態７に係る燃料電池システムにおける発電電力と酸化剤ガス流量の関係及び発電電力と第１酸化剤ガス流量の関係を示すグラフである。
【０１６７】
制御器２２は、図１６に示すように、燃料電池２の発電量に応じて予め設定された供給能力になるように酸化剤ガス供給器１０を制御しているとする。すなわち、本実施の形態７においては、制御器２２は、燃料電池装置２４の最低発電電力である２００Ｗで発電する場合に、燃料電池装置２４（正確には、燃料電池２）に供給される酸化剤ガスの流量が１０ＮＬＭとなるように、酸化剤ガス供給器１０の供給能力を制御している。また、制御器２２は、燃料電池装置２４の最高発電電力である１０００Ｗで発電する場合に、燃料電池装置２４（正確には、燃料電池２）に供給される酸化剤ガスの流量が４０ＮＬＭとなるように、酸化剤ガス供給器１０の供給能力を制御している。そして、制御器２２は、発電電力に対して、燃料電池装置２４（正確には、燃料電池２）に供給される酸化剤ガスの流量が、一次直線となるように、酸化剤ガス供給器１０の供給能力を制御している。
【０１６８】
ところで、上述したように、燃焼排ガス流路８の水タンク６よりも下流側の流路及び第２酸化剤排ガス流路１２ｂの少なくとも一方の流路が閉塞された場合には、水タンク６の第１貯水部１７内の圧力が増加する。第１貯水部１７内の圧力の増加に伴い、燃焼排ガス流路８等内の圧力が増加するため、酸化剤ガス供給流路２８内の圧力も増加する。このため、制御器２２が、例えば、酸化剤ガスの流量が４ＮＬＭとなるように、酸化剤ガス供給器１０の供給能力を制御していても、空気流量計４２で検知される原料の流量は、４ＮＬＭより小さいものとなる。
【０１６９】
そこで、本実施の形態７に係る燃料電池システム１では、制御器２２が、燃料電池２の発電量に応じて予め設定された供給能力になるように酸化剤ガス供給器１０を制御している場合に、４２が予め設定された第１酸化剤ガス流量より低い流量を検知した場合には、燃料電池装置２４（燃料電池システム１）の運転を停止するように構成されている。ここで、第１酸化剤ガス流量は、燃料電池システム１の構成等により、予め設定されたものである。
【０１７０】
具体的には、例えば、図１６に示すように、第１酸化剤ガス流量は、酸化剤利用率の増加に伴う燃料電池２の劣化を抑制するために、以下のように設定されている。すなわち、第１酸化剤ガス流量は、燃料電池装置２４の最低発電電力である２００Ｗで発電する場合には、酸化剤利用率が８０％となる６ＮＬＭと設定されている。また、第１酸化剤ガス流量は、燃料電池装置２４の最高発電電力である１０００Ｗで発電する場合には、酸化剤利用率が８０％となる２４ＮＬＭと設定されている。そして、第１酸化剤ガス流量は、発電電力に対して、一次直線となるように設定されている。
【０１７１】
制御器２２は、例えば、燃料電池装置２４を２００Ｗで発電するように制御している場合に、空気流量計４２が検知する酸化剤ガス流量が、第１酸化剤ガス流量である６ＮＬＭより低い流量を検知した場合に、燃焼排ガス流路８の水タンク６よりも下流側の流路及び第２酸化剤排ガス流路１２ｂの少なくとも一方の流路が閉塞されていると判断し、燃料電池装置２４の運転を停止する。このため、燃料電池２や水素生成器３が破損されることを抑制することができる。
【０１７２】
このように構成された本実施の形態７に係る燃料電池システム１であっても、実施の形態１に係る燃料電池システム１と同様の作用効果を奏する。また、本実施の形態７に係る燃料電池システム１では、空気流量計４２で検知される酸化剤ガスの流量が第１酸化剤ガス流量より低い流量を検知すると、燃料電池装置２４（燃料電池システム１）の運転を停止するため、燃料電池２や水素生成器３の破損をより抑制することができる。
【０１７３】
（実施の形態８）
［燃料電池システムの構成］
図１７は、本発明の実施の形態８に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【０１７４】
図１７に示すように、本発明の実施の形態８に係る燃料電池システム１は、実施の形態１に係る燃料電池システム１と基本的構成は同じであるが、排ガス流路が第１燃焼排ガス流路８ａと第２燃焼排ガス流路８ｂで構成されている点と、排気口７が燃焼排ガスを排出する第１排気口７ａと酸化剤排ガスを排出する第２排気口７ｂで構成されている点が異なる。
【０１７５】
また、本実施の形態８に係る燃料電池システム１では、酸化剤排ガス流路１２を通流する酸化剤排ガス内の水分を水タンク６に貯えられず、第２排気口７ｂから排出されるように構成されている。
【０１７６】
このように構成された本実施の形態８に係る燃料電池システム１では、第１燃焼排ガス流路８ａ及び第１排気口７ａのいずれかが閉塞したような場合であっても、第１貯水部１７の水位が隔壁１６より低くなると、第１貯水部１７内のガス（燃焼排ガスを含む）は、第２貯水部１８から排水口２０を介して、燃料電池システム１外（大気中）に排出される。
【０１７７】
このため、本実施の形態８に係る燃料電池システム１では、第１燃焼排ガス流路８ａ及び第１排気口７ａのいずれかが閉塞されても、第１貯水部１７内の圧力が、燃料電池２の耐圧、水素生成器３の耐圧、原料供給器４の締結圧、及び酸化剤ガス供給器１０の締結圧のうち、最も小さい圧力以上になることが抑制されるため、燃料電池２、水素生成器３、原料供給器４、及び酸化剤ガス供給器１０の破損を抑制することができる。
【０１７８】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。したがって、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の要旨を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。
【産業上の利用可能性】
【０１７９】
本発明の燃料電池システム及びその運転方法は、水素生成器や燃料電池の破損を抑制することができるため、燃料電池の分野で有用である。
【符号の説明】
【０１８０】
１  燃料電池システム
２  燃料電池
２ａ  燃料ガス内部流路
２ｂ  酸化剤ガス内部流路
３  水素生成器
３ａ  燃焼器
４  原料供給器
５  燃焼排ガス熱交換器
６  水タンク
７  排気口
７ａ  第１排気口
７ｂ  第２排気口
８  燃焼排ガス流路
８ａ  第１燃焼排ガス流路
８ｂ  第２燃焼排ガス流路
９  燃焼排ガス凝縮水流路
１０  酸化剤ガス供給器
１１  酸化剤排ガス熱交換器
１２  酸化剤排ガス流路
１２ａ  第１酸化剤排ガス流路
１２ｂ  第２酸化剤排ガス流路
１３  酸化剤排ガス凝縮水流路
１４  貯湯タンク
１５  温水循環経路
１６  隔壁
１７  第１貯水部
１８  第２貯水部
１９  水位検知器
２０  排水口
２１  給水弁
２２  制御器
２３  筐体
２４  燃料電池装置
２５  原料供給流路
２６  燃料ガス供給流路
２７  オフ燃料ガス流路
２８  酸化剤ガス供給流路
２９  連通部
３０  水供給流路
３１  排水流路
３２  原料流量計
４２  空気流量計
６０  セル積層体
６１  セル
６２  端板
６３  端板
６４  燃料ガス供給マニホールド
６５  燃料ガス排出マニホールド
６６  酸化剤ガス供給マニホールド
６７  酸化剤ガス排出マニホールド
７１  高分子電解質膜
７２Ａ  アノード
７２Ｂ  カソード
７３  ＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ：膜−電極接合体）
７４  ガスケット
７５Ａ  アノードセパレータ
７５Ｂ  カソードセパレータ
７７  燃料ガス流路
７８  酸化剤ガス流路
２０１  燃料電池発電装置
２０２  燃料電池本体
２０３  改質装置
２０３ａ  バーナー
２０４  反応空気ブロワ
２０５  燃料予熱器
２０６  排熱回収器
２０７  排気塔
２０７ａ  排気口
２０８  フィルター
２０９  回収水タンク
２１０  生成水回収装置
【図１】
2011093066.tif 000003
【図２】
2011093066.tif 000004
【図３】
2011093066.tif 000005
【図４】
2011093066.tif 000006
【図５】
2011093066.tif 000007
【図６】
2011093066.tif 000008
【図７】
2011093066.tif 000009
【図８】
2011093066.tif 000010
【図９】
2011093066.tif 000011
【図１０】
2011093066.tif 000012
【図１１】
2011093066.tif 000013
【図１２】
2011093066.tif 000014
【図１３】
2011093066.tif 000015
【図１４】
2011093066.tif 000016
【図１５】
2011093066.tif 000017
【図１６】
2011093066.tif 000018
【図１７】
2011093066.tif 000019
【図１８】
2011093066.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成23年6月16日(2011.6.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池装置から排出される排ガスに含まれる水分を貯えるタンクを備える燃料電池システム及びその運転方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は水素を含む燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスとの電気化学的反応により発電して水と熱を発生する装置である。燃料電池は燃料の持つ化学エネルギーを力学的エネルギーに変換することなく直接電気エネルギーとして取り出せるので発電効率が高い。
【０００３】
そして、燃料電池を備える燃料電池システムでは、発電時の燃料として用いられる燃料ガス（水素ガス）は一般的なインフラとして整備がされていないため、通常、水素生成装置を備えている。水素生成装置では、天然ガス等の原料ガスと水とが用いられる水蒸気改質反応により、水素を豊富に含む燃料ガスが生成される。水蒸気改質反応は、水素生成装置に内蔵されたバーナーにより加熱されて進行する。このバーナーでは、原料ガスや、燃料電池から排出される発電に用いられなかった燃料ガス（以下、オフガス）が供給されることで、燃焼が行われる。
【０００４】
そして、燃料電池本体から排出されるオフガスやバーナーから排出される燃焼排ガスから生成水を回収する回収水タンクを備える燃料電池発電装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。ここで、図１８は、特許文献１に開示されている燃料電池発電装置の概略構成を示す模式図である。
【０００５】
図１８に示すように、特許文献１に開示されている燃料電池発電装置２０１は、燃料電池本体２０２、バーナー２０３ａを有する改質装置（水素生成器）２０３、反応空気ブロワ２０４、燃料予熱器２０５、排熱回収器２０６、生成水回収装置２１０を備えている。特許文献１に開示されている燃料電池発電装置２０１では、生成水回収装置２１０は、上部に排気口２０７ａを有する排気塔２０７とその下部に連結された回収水タンク２０９から構成され、かつ、生成水回収装置２１０のオフガス配管接続部及び燃焼排ガス配管接続部より下方に、排気口２０７ａから侵入する塵埃、異物を捕捉する略円筒状のフィルター２０８を着脱可能に配設する。
【０００６】
このような構成により、特許文献１に開示されている燃料電池発電装置２０１では、排気口２０７ａより侵入した塵埃、異物がフィルター２０８により捕捉され、回収水中への混入を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１７６９９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に開示されている燃料電池発電装置２０１では、排気口２０７ａが閉塞したような場合に、フィルター２０８の目詰まりの程度によっては、オフガスや燃焼排ガスを燃料電池発電装置２０１外に排出することができなくなる。そして、オフガス等を大気中に排出することができないため、バーナー２０３ａでの燃焼の安定性が損なわれるおそれがある。最悪の場合には、燃料電池本体２０２や改質装置２０３の内圧が上昇により、これらの機器が破損するおそれがある。
【０００９】
そこで本発明は、前記従来の課題を解決するもので、排ガス流路の水タンクよりも下流側で排ガスの通流が阻害されたような場合（例えば、排ガス流路の排気口が閉塞された場合）に、水タンクの排水口から排ガスを排出することで、水素生成器または燃料電池の内圧上昇を抑制して、水素生成器や燃料電池の破損を抑制することができる燃料電池システム及びその運転方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記従来の課題を達成するために、本発明に係る燃料電池システムは、原料と酸素を含む酸化剤ガスとが供給されて発電が行われる燃料電池装置と、前記燃料電池装置から排気される排ガスを大気中に排出する排ガス流路と、前記排ガス中の水を貯えるように構成された水タンクと、を備える燃料電池システムであって、前記水タンクは、第１貯水部と、第２貯水部と、該水タンクの下部で前記第１貯水部と前記第２貯水部とを連通するように構成された連通部と、を有し、前記水タンクの第２貯水部には、前記連通部より上方に排水口が設けられ、前記排ガス流路は、前記水タンクの前記第１貯水部に接続され、前記排ガスの通流が前記排ガス流路の前記水タンクよりも下流側で阻害されていない場合には、前記排ガスは前記排ガス流路から大気中に排出され、前記排ガスの通流が前記排ガス流路の前記水タンクよりも下流側で阻害されている場合には、前記排ガスは前記水タンクの前記排水口を介して大気中に排出されるように構成されている。
【００１１】
これにより、例えば、排ガス流路の排気口が閉塞して、排ガスの通流が排ガス流路の水タンクよりも下流側で阻害されている場合であっても、排ガスは水タンクの排水口を介して大気中に排出することができる。このため、燃料電池装置の内圧上昇を抑制することができ、燃料電池装置の破損を抑制することができる。
【００１２】
また、本発明の燃料電池システムの運転方法は、原料と酸素を含む酸化剤ガスとが供給されて発電が行われる燃料電池装置と、前記燃料電池装置から排気される排ガスを大気中に排出する排ガス流路と、前記排ガス中の水を貯えるように構成された水タンクと、を備える燃料電池システムの運転方法であって、前記燃料電池システムは、前記水タンクの前記第１貯水部に設けられ、該第１貯水部の水位を検知する水位検知器と、をさらに備え、前記水タンクは、第１貯水部と、第２貯水部と、該水タンクの下部で前記第１貯水部と前記第２貯水部とを連通するように構成された連通部と、を有し、前記水タンクの第２貯水部には、前記連通部より上方に排水口が設けられ、前記排ガス流路は、前記水タンクの前記第１貯水部に接続され、前記排ガスの通流が前記排ガス流路の前記水タンクよりも下流側で阻害されていない場合には、前記排ガスは前記排ガス流路から大気中に排出され、前記排ガスの通流が前記排ガス流路の前記水タンクよりも下流側で阻害されている場合には、前記排ガスは前記水タンクの前記排水口を介して大気中に排出されるように構成され、前記排ガスが前記水タンクの前記排水口を介して大気中に排出される場合の水位である第１水位を前記水位検知器が検知した場合に、前記燃料電池装置の運転を停止する。
【００１３】
これにより、例えば、排ガス流路の排気口が閉塞して、排ガスの通流が排ガス流路の水タンクよりも下流側で阻害されている場合であっても、排ガスは水タンクの排水口を介して大気中に排出することができる。また、排ガスを水タンクの排水口を介して大気中に排出されると、燃料電池システムの運転を停止するため、燃料電池装置から排ガスの排出が停止される。このため、燃料電池装置の内圧上昇を抑制することができ、燃料電池装置の破損を抑制することができる。
【００１４】
本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の燃料電池システム及びその運転方法によれば、排気口が閉塞しても、排ガスは水タンクの排水口から排出できるため、水素生成器や燃料電池の内圧がその耐圧以上に加圧されることを抑制することが可能となる。このため、本発明の燃料電池システム及びその運転方法によれば、水素生成器や燃料電池の破損を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【図２】図２は、図１に示す燃料電池システムにおける燃料電池の概略構成を示す模式図である。
【図３】図３は、図２に示す燃料電池におけるセルの概略構成を模式的に示す断面図である。
【図４】図４は、図１に示す燃料電池システムにおける水タンク周辺の概略構成を示す模式図である。
【図５】図５は、本実施の形態１における変形例１の燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【図６】図６は、本実施の形態１における変形例２の燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【図７】図７は、本実施の形態１における変形例３の燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【図８】図８は、本実施の形態１における変形例４の燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの水位判定動作を模式的に示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態４に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態５に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施の形態５に係る燃料電池システムにおける発電電力と原料流量の関係及び発電電力と第１原料流量の関係を示すグラフである。
【図１４】図１４は、本発明の実施の形態６に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【図１５】図１５は、本発明の実施の形態７に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【図１６】図１６は、本発明の実施の形態７に係る燃料電池システムにおける発電電力と酸化剤ガス流量の関係及び発電電力と第１酸化剤ガス流量の関係を示すグラフである。
【図１７】図１７は、本発明の実施の形態８に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【図１８】図１８は、特許文献１に開示されている燃料電池発電装置の概略構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、全ての図面において、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、全ての図面において、本発明を説明するために必要となる構成要素のみを抜粋して図示しており、その他の構成要素については図示を省略している。さらに、本発明は以下の実施の形態に限定されない。
【００１８】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムは、原料と酸素を含む酸化剤ガスとが供給されて発電が行われる燃料電池装置と、燃料電池装置から排気される排ガスを大気中に排出する排ガス流路と、排ガス中の水を貯えるように構成された水タンクと、を備える燃料電池システムであって、水タンクは、第１貯水部と、第２貯水部と、該水タンクの下部で第１貯水部と第２貯水部とを連通するように構成された連通部と、を有し、水タンクの第２貯水部には、連通部より上方に排水口が設けられ、排ガス流路は、水タンクの第１貯水部に接続され、排ガスの通流が排ガス流路の水タンクよりも下流側で阻害されていない場合には、排ガスは排ガス流路から大気中に排出され、排ガスの通流が排ガス流路の水タンクよりも下流側で阻害されている場合には、排ガスは水タンクの排水口を介して大気中に排出されるように構成されている態様を例示するものである。
【００１９】
ここで、「燃料電池装置」とは、１以上のセルを有する燃料電池を有している機器をいう。「燃料電池装置」は、例えば、燃料電池が高分子電解質形燃料電池や間接内部改質型固体酸化物形燃料電池等である場合には、水素生成器をさらに有していてもよく、燃料電池が直接内部改質型固体酸化物形燃料電池である場合には、水素生成器を有していなくてもよい。
【００２０】
また、「排ガスの通流が排ガス流路の水タンクよりも下流側で阻害されている場合」とは、排ガス流路の流路抵抗が増加している場合をいい、排ガス流路の水タンクよりも下流側の流路（以下、下流側流路という）が完全に閉塞されている場合だけでなく、下流側流路の一部が閉塞されている場合も含む。したがって、「排ガスの通流が排ガス流路の水タンクよりも下流側で阻害されている場合」には、排ガスは水タンクの排水口を介して大気中に排出されるだけでなく、その一部が排ガス流路の下流端（排気口）から大気中に排出されてもよい。
【００２１】
「排ガスの通流が排ガス流路の水タンクよりも下流側で阻害されている場合」としては、例えば、排ガス流路の下流端や下流側流路が異物等により閉塞された場合や下流側流路で結露が生じて、水滴で流路が閉塞された場合が挙げられる。
【００２２】
また、本実施の形態１に係る燃料電池システムでは、排ガス流路は、一端が燃料電池装置に接続され、他端が水タンクの第１貯水部に接続されている第１流路と、一端が水タンクの第１貯水部に接続され、他端が大気に開放されている第２流路と、を有し、第２流路で排ガスの通流が阻害されている場合には、排ガスは水タンクの排水口を介して大気中に排出されるように構成されていてもよい。
【００２３】
また、本実施の形態１に係る燃料電池システムでは、第１貯水部と第２貯水部は、水タンクの内部空間を分けるように設けられた隔壁によって形成されていてもよい。
【００２４】
また、本実施の形態１に係る燃料電池システムでは、燃料電池装置は、燃料電池を有し、連通部の上端から排水口の下端までの高さに対応する水圧差が燃料電池の耐圧より小さくなるように、連通部及び排水口が水タンクに設けられていてもよい。
【００２５】
ここで、「燃料電池の耐圧」とは、燃料電池の破損を防止することが保証できる最大の圧力をいい、各マニホールドの内圧上昇により、ガスケットのシール性が損なわれる圧力及びセパレータが破損する圧力のうち、小さい方の圧力をいう。
【００２６】
また、本実施の形態１に係る燃料電池システムでは、燃料電池装置は、原料を改質して燃料ガスを生成する水素生成器を有し、連通部の上端から排水口の下端までの高さに対応する水圧差が水素生成器の耐圧より小さくなるように、連通部及び排水口が水タンクに設けられていてもよい。
【００２７】
ここで、「水素生成器の耐圧」とは、水素生成器の破損を防止することが保証できる最大の圧力をいう。
【００２８】
さらに、本実施の形態１に係る燃料電池システムでは、燃料電池装置に原料を供給する原料供給器と、燃料電池装置に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器と、を備え、連通部の上端から排水口の下端までの高さに対応する水圧差が原料供給器及び酸化剤ガス供給器の少なくとも一方の供給器の締切圧より小さくなるように、連通部及び排水口が水タンクに設けられていてもよい。
【００２９】
ここで、「締切圧」とは、原料供給器又は酸化剤ガス供給器の吐出する側を閉めた状態での最高圧力をいう。
【００３０】
［燃料電池システムの構成］
図１は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【００３１】
図１に示すように、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システム１は、原料供給器４、燃料電池２と水素生成器３を有する燃料電池装置２４、酸化剤ガス供給器１０、燃焼排ガス熱交換器５、酸化剤排ガス熱交換器１１、水タンク６、貯湯タンク１４、及び筐体２３を備えている。筐体２３には、排気口７が設けられている。
【００３２】
なお、本実施の形態１においては、燃料電池装置２４は、燃料電池２と水素生成器３を有する形態を採用したが、これに限定されない。燃料電池２が直接内部改質型固体酸化物形燃料電池である場合や水素ガスのインフラが整備されたような場合には、燃料電池装置２４は水素生成器３を有しない形態を採用してもよい。
【００３３】
水素生成器３は、改質器（図示せず）と燃焼器３ａを有している。燃焼器３ａには、後述するオフ燃料ガス流路２７を介して燃料電池２（正確には、燃料電池２の燃料ガス内部流路２ａ）が接続されている。これにより、燃焼器３ａには、燃料電池２の燃料ガス内部流路２ａからオフ燃料ガス等の可燃ガスが供給される。
【００３４】
また、燃焼器３ａには、燃焼排ガス流路（排ガス流路；第３流路）８の上流端が接続されている。燃焼排ガス流路８の下流端は、排気口７に接続されている。燃焼排ガス流路８の途中には、燃焼排ガス熱交換器５が設けられている。また、燃焼排ガス流路８の燃焼排ガス熱交換器５よりも下流側の流路には、燃焼排ガス凝縮水流路（第４流路）９の上流端が接続されている。燃焼排ガス凝縮水流路９の下流端は、後述する水タンク６の第１貯水部１７に接続されている。
【００３５】
燃焼排ガス熱交換器５は、燃焼排ガス流路８を通流する燃焼排ガスと温水循環経路１５を通流する水と熱交換するように構成されている。燃焼排ガス熱交換器５としては、例えば、全熱交換器等の各種の熱交換器を用いることができる。
【００３６】
これにより、燃焼器３ａでは、燃料ガス内部流路２ａから供給された燃料ガス等の可燃ガスと、別途供給された燃焼用空気を燃焼して、燃焼排ガスが生成される。生成された燃焼排ガスは、改質器等を加熱した後に、燃焼排ガス流路８を通流して、排気口７から燃料電池システム１外に排出される。また、燃焼排ガス中に含まれる水分は、燃焼排ガス熱交換器５で水と熱交換することにより、水に凝縮する。凝縮した水は、燃焼排ガス凝縮水流路９を通流して、水タンク６に貯えられる。
【００３７】
水素生成器３には、原料供給流路２５を介して原料供給器４が接続されている。原料供給器４は、水素生成器３に原料をその流量を調整しながら供給することができれば、どのような構成であってもよく、例えば、ブロワで構成されていてもよい。ここで、原料としては、メタンを主成分とする天然ガスやＬＰガス等を用いることができる。
【００３８】
水素生成器３の改質器は、改質触媒を有している。改質触媒としては、例えば、原料と水蒸気とから水素含有ガスを発生させる水蒸気改質反応を触媒することができれば、どの様な物質を使用してもよく、例えば、アルミナ等の触媒担体にルテニウム（Ｒｕ）を担持させたルテニウム系触媒や同様の触媒担体にニッケル（Ｎｉ）を担持させたニッケル系触媒等を使用することができる。
【００３９】
そして、改質器では、原料供給器４から供給された原料と別途供給された水蒸気（水）との改質反応により、水素含有ガスが生成される。生成された水素含有ガスは、燃料ガスとして、燃料ガス供給流路２６を通流して、燃料電池２の燃料ガス内部流路２ａに供給される。
【００４０】
なお、本実施の形態１においては、改質器で生成された水素含有ガスが、燃料ガスとして、燃料電池２に送出される構成としたが、これに限定されない。例えば、水素生成器３内に改質器より送出された水素含有ガス中の一酸化炭素を低減するための変成触媒（例えば、銅−亜鉛系触媒）を有する変成器や、酸化触媒（例えば、ルテニウム系触媒）や、メタン化触媒（例えば、ルテニウム系触媒）を有する一酸化炭素除去器が配置されていて、これらの機器を通過した後の水素含有ガスが燃料電池２に送出される構成であってもよい。
【００４１】
燃料電池２は、アノードとカソード（図３参照）を有していて、アノードに燃料ガスを供給する燃料ガス内部流路２ａとカソードに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス内部流路２ｂが設けられている。燃料電池２としては、高分子電解質形燃料電池や直接内部改質型固体酸化物形燃料電池や間接内部改質型固体酸化物形燃料電池等の各種の燃料電池を用いることができる。なお、燃料電池２の具体的な構成については、後述する。
【００４２】
燃料電池２の酸化剤ガス内部流路２ｂの上流端には、酸化剤ガス供給流路２８を介して酸化剤ガス供給器１０が接続されている。酸化剤ガス供給器１０は、燃料電池２の酸化剤ガス内部流路２ｂに酸化剤ガス（空気）を供給するように構成されていれば、どのような形態であってもよい。酸化剤ガス供給器１０としては、例えば、ブロワやシロッコファン等のファン類を用いることができる。
【００４３】
また、酸化剤ガス内部流路２ｂの下流端には、酸化剤排ガス流路（排ガス流路）１２が接続されている。酸化剤排ガス流路１２は、第１酸化剤排ガス流路（第１流路）１２ａと第２酸化剤排ガス流路（第２流路）１２ｂを有している。第１酸化剤排ガス流路１２ａは、燃料電池２の酸化剤ガス内部流路２ｂと水タンク６の第１貯水部１７を接続している。第２酸化剤排ガス流路１２ｂは、水タンク６の第１貯水部１７と排気口７を接続している。また、第１酸化剤排ガス流路１２ａの途中には、酸化剤排ガス熱交換器１１が設けられている。
【００４４】
酸化剤排ガス熱交換器１１は、第１酸化剤排ガス流路１２ａを通流する酸化剤排ガスと温水循環経路１５を通流する水と熱交換するように構成されている。酸化剤排ガス熱交換器１１としては、例えば、全熱交換器等の各種の熱交換器を用いることができる。
【００４５】
これにより、燃料電池２では、水素生成器３から燃料ガスが燃料ガス内部流路２ａに供給され、酸化剤ガス供給器１０から酸化剤ガス内部流路２ｂに酸化剤ガスが供給される。そして、燃料ガス内部流路２ａに供給された燃料ガスが、燃料ガス内部流路２ａを通流する間に、アノードに供給される。また、酸化剤ガス内部流路２ｂに供給された酸化剤ガスが、酸化剤ガス内部流路２ｂを通流する間に、カソードに供給される。アノードに供給された燃料ガスとカソードに供給された酸化剤ガスとが、反応して電気と熱が発生する。
【００４６】
なお、発生した電気は、図示されない電力調整器により、外部電力負荷（例えば、家庭の電気機器）に供給される。また、発生した熱は、図示されない熱媒体流路を通流する熱媒体が回収する。熱媒体が回収した熱は、例えば、温水循環経路１５を通流する水を加熱するのに使用することができる。
【００４７】
燃料電池２で使用されなかった燃料ガスは、オフ燃料ガスとして、水素生成器３の燃焼器３ａに供給される。また、燃料電池２で使用されなかった酸化剤ガス（以下、酸化剤排ガス）は、酸化剤排ガス流路１２を通流して、燃料電池システム１外に排出される。酸化剤排ガス中に含まれる水分は、酸化剤排ガス熱交換器１１で水と熱交換することにより、水に凝縮する。凝縮した水は、第１酸化剤排ガス流路１２ａを通流して、水タンク６に貯えられる。
【００４８】
貯湯タンク１４は、ここでは、鉛直方向に延びるように形成されている。貯湯タンク１４の下部には、温水循環経路１５の上流端が接続されていて、その下流端は、貯湯タンク１４の上部に接続されている。温水循環経路１５は、その途中で２本に分岐して、その後、２本に分岐した流路が合流するように構成されている。温水循環経路１５の２本に分岐した流路には、燃焼排ガス熱交換器５と酸化剤排ガス熱交換器１１が、それぞれ設けられている。これにより、貯湯タンク１４の下部にある低温の水が、温水循環経路１５を通流して、燃焼排ガス熱交換器５等により加熱されて、温水として、貯湯タンク１４の上部に供給される。
【００４９】
なお、本実施の形態１においては、温水循環経路１５は、その途中で２本に分岐して、その後、２本に分岐した流路が合流するように構成したが、これに限定されない。温水循環経路１５は、１本の経路で構成されていてもよい。この場合、温水循環経路１５には、燃焼排ガス熱交換器５が酸化剤排ガス熱交換器１１よりも上流側に設けられてもよく、酸化剤排ガス熱交換器１１が燃焼排ガス熱交換器５よりも上流側に設けられてもよい。
【００５０】
［燃料電池の構成］
次に、図２及び図３を参照しながら、本実施の形態１に係る燃料電池システム１における燃料電池２の構成について説明する。
【００５１】
図２は、図１に示す燃料電池システムにおける燃料電池の概略構成を示す模式図である。なお、本実施の形態１においては、燃料電池２として、高分子電解質形燃料電池（以下、ＰＥＦＣ）を使用しており、以下の説明では、ＰＥＦＣの構成を説明する。
【００５２】
図２に示すように、燃料電池２は、複数のセル６１がその厚み方向に積層されたセル積層体６０と、該セル積層体６０の両端に配置された端板６２、６３と、セル積層体６０と端板６２、６３をセル６１の積層方向において締結する締結具（図示せず）と、を有する。また、端板６２とセル積層体６０の間には、絶縁板及び集電板（いずれも図示せず）が配置されていて、端板６３とセル積層体６０との間には、絶縁板及び集電板（いずれも図示せず）が配置されている。
【００５３】
セル積層体６０には、セル６１の積層方向に延びるように、燃料ガス供給マニホールド６４、酸化剤ガス供給マニホールド６６、燃料ガス排出マニホールド６５、及び酸化剤ガス排出マニホールド６７が設けられている。なお、燃料ガス供給マニホールド６４には、燃料ガス供給流路２６が接続されていて、燃料ガス排出マニホールド６５には、オフ燃料ガス流路２７が接続されている（図１参照）。また、酸化剤ガス供給マニホールド６６には、酸化剤ガス供給流路２８が接続されていて、酸化剤ガス排出マニホールド６７には、酸化剤排ガス流路１２が接続されている（図１参照）。
【００５４】
［セルの構成］
図３は、図２に示す燃料電池におけるセルの概略構成を模式的に示す断面図である。なお、図３においては、一部を省略している。
【００５５】
図３に示すように、セル６１は、ＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ：膜−電極接合体）７３と、ガスケット７４と、アノードセパレータ７５Ａと、カソードセパレータ７５Ｂと、を備えている。
【００５６】
ＭＥＡ７３は、水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜７１と、アノード７２Ａと、カソード７２Ｂと、を有している。なお、高分子電解質膜７１の周縁部には、燃料ガス供給マニホールド孔（図示せず）等の各マニホールド孔が厚み方向に貫通するように設けられている。アノード７２Ａは、高分子電解質膜７１の一方の主面上に設けられ、カソード７２Ｂは、高分子電解質膜７１の他方の主面上に設けられている。
【００５７】
また、ＭＥＡ７３のアノード７２Ａ及びカソード７２Ｂの周囲には、高分子電解質膜７１を挟んで一対のフッ素ゴム製でドーナツ状のガスケット７４が配設されている。これにより、燃料ガスや酸化剤ガスが電池外にリークされることが防止され、また、セル６１内でこれらのガスが互いに混合されることが防止される。なお、ガスケット７４の周縁部には、厚み方向の貫通孔からなる燃料ガス供給マニホールド孔（図示せず）等の各マニホールド孔が設けられている。
【００５８】
また、ＭＥＡ７３とガスケット７４を挟むように、導電性のアノードセパレータ７５Ａとカソードセパレータ７５Ｂが配設されている。これにより、ＭＥＡ７３が機械的に固定され、複数のセル６１をその厚み方向に積層したときには、ＭＥＡ７３が電気的に接続される。なお、これらのセパレータ７５Ａ、７５Ｂは、熱伝導性及び導電性に優れた金属、黒鉛、又は、黒鉛と樹脂を混合したものを使用することができ、例えば、カーボン粉末とバインダー（溶剤）との混合物を射出成形により作製したものやチタンやステンレス鋼製の板の表面に金メッキを施したものを使用することができる。
【００５９】
アノードセパレータ７５Ａのアノード７２Ａと接触する一方の主面（以下、内面という）には、燃料ガスが通流するための溝状の燃料ガス流路７７が設けられている。同様に、カソードセパレータ７５Ｂのカソード７２Ｂと接触する一方の主面（以下、内面という）には、酸化剤ガスが通流するための溝状の酸化剤ガス流路７８が設けられている。なお、アノードセパレータ７５Ａ及びカソードセパレータ７５Ｂのそれぞれの周縁部には、燃料ガス供給マニホールド孔（図示せず）等の各マニホールド孔が厚み方向に貫通するように設けられている。また、燃料ガス流路７７及び酸化剤ガス流路７８の形状は任意であり、例えば、セル６１の厚み方向から見て、サーペンタイン状に形成されていてもよく、ストレート形状に形成されていてもよい。
【００６０】
そして、このように形成されたセル６１がその厚み方向に積層されることにより、セル積層体６０が形成される。このとき、高分子電解質膜７１等に設けられた燃料ガス供給マニホールド孔（図示せず）等の各マニホールド孔がつながって、燃料ガス供給マニホールド６４等の各マニホールドが形成される（図２参照）。なお、燃料ガス供給マニホールド６４、燃料ガス流路７７、及び燃料ガス排出マニホールド６５から燃料ガス内部流路２ａが構成される。また、酸化剤ガス供給マニホールド６６、酸化剤ガス流路７８、酸化剤ガス排出マニホールド６７から酸化剤ガス内部流路２ｂが構成される。
【００６１】
［水タンクの構成］
次に、本実施の形態１に係る燃料電池システム１における水タンク６の構成について、図１及び図４を参照しながら詳細に説明する。
【００６２】
図４は、図１に示す燃料電池システムにおける水タンク周辺の概略構成を示す模式図である。図４（ａ）は、燃焼排ガス流路８の水タンク６よりも下流側の流路（燃焼排ガス流路８の燃焼排ガス凝縮水流路９が接続されている部分よりも下流側の流路）及び酸化剤排ガス流路１２の第２酸化剤排ガス流路１２ｂが、閉塞されていない状態を示し、図４（ｂ）〜（ｄ）は、燃焼排ガス流路８の水タンク６よりも下流側の流路及び第２酸化剤排ガス流路１２ｂの少なくとも一方の流路が、閉塞されている状態を示す。
【００６３】
図４に示すように、本実施の形態１に係る燃料電池システム１の水タンク６は、第１貯水部１７と、第２貯水部１８と、該水タンク６の下部で第１貯水部１７と第２貯水部１８とを連通するように構成された連通部２９を有している。具体的には、水タンク６には、その内部空間を分けるように隔壁１６が設けられている。隔壁１６は、水タンク６の天井面から下方に延びるように、かつ、水タンク６の底面と隙間を有するように、形成されている。そして、隔壁１６と水タンク６の底面との間の空間が、連通部２９を構成する。
【００６４】
また、水タンク６の第１貯水部１７には、水供給流路３０が接続されている。水供給流路３０は、市水が通流するように構成されていて、その途中には、給水弁（水供給器）２１が設けられている。給水弁２１は、水供給流路３０内の市水の通流を許可／阻止するように構成されている。給水弁２１としては、開閉弁等の各種の弁を使用することができる。
【００６５】
さらに、水タンク６の第２貯水部１８には、連通部２９よりも上方に排水口２０が設けられている。排水口２０には、排水流路３１の上流端が接続されていて、その下流端は、ホッパーにおいて、燃料電池システム１外（大気）に開放されており、かつ、一端が下水道につながっている下水管に接続されている。
【００６６】
水タンク６の第２貯水部１８における排水口２０が設けられる位置（高さ）は、燃焼排ガス流路８の水タンク６よりも下流側の流路及び第２酸化剤排ガス流路１２ｂの少なくとも一方の流路が閉塞された場合に、第１貯水部１７内のガスが排水口２０より大気中に排出されるときの第１貯水部１７内の圧力が、燃料電池２の耐圧以下となるように設定されている。換言すると、隔壁１６の上端から排水口２０の下端までの高さＨ（図４（ａ）参照）に対応する水圧差が燃料電池２の耐圧よりも小さくなるように、排水口２０及び隔壁１６が水タンク６に設けられている。
【００６７】
ここで、「燃料電池２の耐圧」とは、燃料電池２の破損を防止することが保証できる最大の圧力をいい、各マニホールド（マニホールド孔）内に存在するガスの圧力により、ガスケット７４のシール性が損なわれる圧力及びセパレータ７５Ａ、７５Ｂが破損する圧力のうち、小さい方の圧力をいう。そして、高さＨ（ｍｍ）は、燃料電池２の耐圧をＡｋＰａとした場合、１ｋＰａ＝１０２ｍｍＨ２Ｏであるため、Ａ×１０２ｍｍとなる。したがって、排水口２０及び隔壁１６は、隔壁１６の上端から排水口２０の下端までの高さＨが、Ａ×１０２ｍｍよりも小さくなるように、水タンク６に配設されていることが好ましい。
【００６８】
なお、本実施の形態１においては、排水口２０及び隔壁１６は、隔壁１６の上端から排水口２０の下端までの高さＨに対応する水圧差が燃料電池２の耐圧よりも小さくなるように水タンク６に配設されている形態を採用したが、これに限定されない。例えば、排水口２０及び隔壁１６は、隔壁１６の上端から排水口２０の下端までの高さＨに対応する水圧差が水素生成器３の耐圧よりも小さくなるように水タンク６に配設されている形態を採用してもよい。また、例えば、排水口２０及び隔壁１６は、隔壁１６の上端から排水口２０の下端までの高さＨに対応する水圧差が、燃料電池２の耐圧及び水素生成器３の耐圧のうち、小さい方の圧力よりも小さくなるように水タンク６に配設されている形態を採用してもよい。
【００６９】
さらに、例えば、排水口２０及び隔壁１６は、隔壁１６の上端から排水口２０の下端までの高さＨに対応する水圧差が、原料供給器４及び酸化剤ガス供給器１０の少なくとも一方の締結圧よりも小さくなるように、水タンク６に配設されている形態を採用してもよい。この場合、排水口２０及び隔壁１６は、隔壁１６の上端から排水口２０の下端までの高さＨに対応する水圧差が、原料供給器４の締結圧及び酸化剤ガス供給器１０の締結圧のうち、小さい方の圧力よりも小さくなるように水タンク６に配設されている形態を採用することが好ましく、燃料電池２の耐圧、水素生成器３の耐圧、原料供給器４の締結圧、及び酸化剤ガス供給器１０の締結圧のうち、最も小さい圧力よりも小さくなるように水タンク６に配設されている形態を採用することがより好ましい。なお、本実施の形態１においては、排水口２０及び隔壁１６は、隔壁１６の上端から排水口２０の下端までの高さＨに対応する水圧差が、燃料電池２の耐圧、水素生成器３の耐圧、原料供給器４の締結圧、及び酸化剤ガス供給器１０の締結圧のうち、最も小さい圧力よりも小さくなるように水タンク６に配設されている形態を採用している。
【００７０】
これにより、燃焼排ガス流路８の水タンク６よりも下流側の流路及び第２酸化剤排ガス流路１２ｂの少なくとも一方の流路が閉塞された場合に、酸化剤排ガス流路１２の第１酸化剤排ガス流路１２ａを通流する酸化剤排ガス及び燃焼排ガス流路８を通流する燃焼排ガスは、水タンク６の排水口２０を介して、大気中に排出される。なお、燃焼排ガス流路８、第１酸化剤排ガス流路１２ａ及び第２酸化剤排ガス流路１２ｂは、圧力損失が大きくならないように、内径が充分に大きい配管が用いられている。
【００７１】
［燃料電池システムの動作］
次に、本実施の形態１に係る燃料電池システム１の動作について、図１を参照しながら説明する。なお、以下の説明においては、燃焼排ガス流路８の水タンク６よりも下流側の流路及び第２酸化剤排ガス流路１２ｂの少なくとも一方の流路が閉塞されていない場合について説明する。
【００７２】
まず、水素生成器３に天然ガス、ＬＰＧ等の原料が原料供給器４により供給される。水素生成器３では、供給された原料が水蒸気雰囲気化で水蒸気改質され、水素を多く含む燃料ガスが生成される。生成された燃料ガスは、燃料電池２のアノード７２Ａに供給される。また、燃料電池２のカソード７２Ｂには、酸化剤ガス供給器１０によって、空気が酸化剤ガスとして供給される。
【００７３】
燃料電池２では、このようにして供給された燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて反応が行われ、電気と熱が発生する。発生した熱は、燃料電池２を通流する冷却水に回収される（図示せず）。
【００７４】
反応に利用されずに燃料電池２から排出された未反応の燃料ガスは、水素生成器３の燃焼器３ａに供給され、燃焼に用いられる。燃焼器３ａで生じる燃焼熱により水素生成器３の改質器等（図示せず）が加熱される。これにより、改質器を所定の温度に保った状態で水蒸気改質反応を行うことができる。
【００７５】
そして、燃焼器３ａで生成された燃焼排ガスは、燃焼排ガス流路８に排出される。燃焼排ガス流路８に排出された燃焼排ガスは、燃焼排ガス熱交換器５で温水循環経路１５を通流する水によって、燃焼排ガスの熱が回収される。これにより、燃焼排ガスが露点温度以下にまで冷却され、燃焼排ガス中の水分が凝縮される。凝縮された水は、燃焼排ガス凝縮水流路９を通流して、水タンク６に貯えられる。なお、燃焼排ガスの気体成分は、燃焼排ガス流路８を通流して、排気口７から燃料電池システム１外に放出される。
【００７６】
また、反応に利用されずに燃料電池２から排出された未反応の酸化剤排ガスは、酸化剤排ガス流路１２（正確には、第１酸化剤排ガス流路１２ａ）を通流して、酸化剤排ガス熱交換器１１に送られる。酸化剤排ガス熱交換器１１では、温水循環経路１５を通流する水によって、酸化剤排ガスの熱が回収される。これにより、酸化剤排ガスが露点温度以下まで冷却され、それにより、酸化剤排ガス中の水分が凝縮される。凝縮された水は、第１酸化剤排ガス流路１２ａを通流して、水タンク６に貯えられる。また、酸化剤排ガスの気体成分は、第２酸化剤排ガス流路１２ｂを通流して、排気口７から燃料電池システム１外に放出される。
【００７７】
［燃料電池システムの作用効果］
次に、本実施の形態１に係る燃料電池システム１の作用効果について、図１及び図４（ｂ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。
【００７８】
図４（ｂ）〜（ｄ）に示すように、燃料電池システム１の運転中等に、燃焼排ガス流路８の水タンク６よりも下流側の流路及び第２酸化剤排ガス流路１２ｂの少なくとも一方の流路が閉塞されたとする（図４（ｂ）〜（ｄ）では、排気口７が閉塞されている状態を示している）。排気口７が次第に閉塞すると、排気口７での燃焼排ガスと酸化剤排ガスの圧力損失が増加する。これに伴い、燃焼排ガス流路８及び第２酸化剤排ガス流路１２ｂ内の圧力が増加し、ひいては、水タンク６の第１貯水部１７内の圧力が増加する。
【００７９】
図４（ｂ）に示すように、第１貯水部１７内の圧力増加に伴い、水タンク６の第１貯水部１７の水位が低下する。一方、第２貯水部１８の水位は、第１貯水部１７の水位が低下した分だけ上昇する。図４（ｃ）に示すように、第２貯水部１８の水位が排水口２０より高くなると、水タンク６内の水は、排水口２０から排水流路３１を通流して、燃料電池システム１外に排水される。
【００８０】
そして、図４（ｄ）に示すように、排気口７がさらに閉塞すると、排気口７での燃焼排ガスと酸化剤排ガスの圧力損失はさらに増加する。このため、第１貯水部１７の圧力がさらに増加し、水タンク６の第１貯水部１７の水位はさらに低くなる。第１貯水部１７の水位が隔壁１６より低くなると、第１貯水部１７内のガス（空気、酸化剤排ガス及び燃焼排ガスを含む）は、第２貯水部１８に進入する。第２貯水部１８に進入したガスは、第２貯水部１８から排水口２０を介して、排水流路３１を通流して、燃料電池システム１外（大気中）に排出される。したがって、水タンク６の第１貯水部１７内の圧力が、燃料電池２及び水素生成器３の耐圧のうち、小さい方の圧力以上になることが抑制される。
【００８１】
このように、本実施の形態１に係る燃料電池システム１では、燃焼排ガス流路８の水タンク６よりも下流側の流路及び第２酸化剤排ガス流路１２ｂの少なくとも一方の流路が閉塞されても、第１貯水部１７内の圧力が、燃料電池２の耐圧、水素生成器３の耐圧、原料供給器４の締結圧、及び酸化剤ガス供給器１０の締結圧のうち、最も小さい圧力以上になることが抑制されるため、燃料電池２、水素生成器３、原料供給器４、及び酸化剤ガス供給器１０の破損を抑制することができる。
【００８２】
なお、本実施の形態１においては、排ガス流路を酸化剤排ガス流路１２と燃焼排ガス流路８及び燃焼排ガス凝縮水流路９で構成される形態を採用したが、これに限定されない。排ガス流路は、例えば、酸化剤排ガス流路１２で構成されてもよく、燃焼排ガス流路８及び燃焼排ガス凝縮水流路９で構成されてもよい。
【００８３】
また、本実施の形態１においては、燃焼排ガス流路８の水タンク６よりも下流側の流路及び第２酸化剤排ガス流路１２ｂの少なくとも一方の流路が閉塞された場合に、燃料電池システム１の運転を継続してもよく、後述する実施の形態２のように、燃料電池システム１の運転を停止させてもよい。
【００８４】
［変形例１］
次に、本実施の形態１に係る燃料電池システム１の変形例について説明する。
【００８５】
図５は、本実施の形態１における変形例１の燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【００８６】
図５に示すように、本実施の形態１における変形例１の燃料電池システム１は、実施の形態１に係る燃料電池システム１と基本的構成は同じであるが、排ガス流路（燃焼排ガス流路８及び酸化剤排ガス流路１２）の構成が異なる。具体的には、燃焼排ガス流路８は、第１燃焼排ガス流路（第１流路）８ａと第２燃焼排ガス流路（第２流路）８ｂを有している。第１燃焼排ガス流路８ａは、水素生成器３の燃焼器３ａと水タンク６の第１貯水部１７を接続している。第２燃焼排ガス流路８ｂは、水タンク６の第１貯水部１７と排気口７を接続している。
【００８７】
また、酸化剤排ガス流路（第３流路）１２は、燃料電池２の酸化剤ガス内部流路２ｂと排気口７を接続している。また、酸化剤排ガス流路１２の酸化剤排ガス熱交換器１１よりも下流側の流路には、酸化剤排ガス凝縮水流路（第４流路）１３の上流端が接続されている。酸化剤排ガス凝縮水流路１３の下流端は、水タンク６の第１貯水部１７に接続されている。
【００８８】
このように構成された本変形例１の燃料電池システム１であっても、実施の形態１に係る燃料電池システム１と同様の作用効果を奏する。
【００８９】
［変形例２］
図６は、本実施の形態１における変形例２の燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【００９０】
図６に示すように、本実施の形態１における変形例２の燃料電池システム１は、実施の形態１に係る燃料電池システム１と基本的構成は同じであるが、燃焼排ガス流路８の構成が異なる。具体的には、燃焼排ガス流路８は、第１燃焼排ガス流路（第１流路）８ａと第２燃焼排ガス流路（第２流路）８ｂを有している。第１燃焼排ガス流路８ａは、水素生成器３の燃焼器３ａと水タンク６の第１貯水部１７を接続している。第２燃焼排ガス流路８ｂは、水タンク６の第１貯水部１７と排気口７を接続している。そして、本変形例２においては、第２燃焼排ガス流路８ｂを構成する配管が、第２酸化剤排ガス流路１２ｂを兼用している。
【００９１】
このように構成された本変形例２の燃料電池システム１であっても、実施の形態１に係る燃料電池システム１と同様の作用効果を奏する。なお、本変形例２においては、第２燃焼排ガス流路８ｂと第２酸化剤排ガス流路１２ｂとを兼用する形態を採用したが、これに限定されず、第２燃焼排ガス流路８ｂと第２酸化剤排ガス流路１２ｂを別々に設ける形態を採用してもよい。
【００９２】
［変形例３］
図７は、本実施の形態１における変形例３の燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【００９３】
図７に示すように、本実施の形態１における変形例３の燃料電池システム１は、実施の形態１に係る燃料電池システム１と基本的構成は同じであるが、酸化剤排ガス流路１２の構成が異なる。具体的には、酸化剤排ガス流路（第３流路）１２は、燃料電池２の酸化剤ガス内部流路２ｂと排気口７を接続している。また、酸化剤排ガス流路１２の酸化剤排ガス熱交換器１１よりも下流側の流路には、酸化剤排ガス凝縮水流路（第４流路）１３の上流端が接続されている。酸化剤排ガス凝縮水流路１３の下流端は、水タンク６の第１貯水部１７に接続されている。
【００９４】
このように構成された本変形例３の燃料電池システム１であっても、実施の形態１に係る燃料電池システム１と同様の作用効果を奏する。
【００９５】
［変形例４］
図８は、本実施の形態１における変形例４の燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【００９６】
図８に示すように、本実施の形態１における変形例４の燃料電池システム１は、実施の形態１に係る燃料電池システム１と基本的構成は同じであるが、水タンク６の構成が異なる。具体的には、第１貯水部１７と第２貯水部１８が、それぞれ、独立したタンク（筐体）で構成されている。そして、第１貯水部１７の下部と第２貯水部１８の下部を連通するように、連通部２９が設けられている。
【００９７】
このように構成された本変形例４の燃料電池システム１であっても、実施の形態１に係る燃料電池システム１と同様の作用効果を奏する。
【００９８】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムは、制御器と、水タンクの第１貯水部に設けられ、該第１貯水部の水位を検知する水位検知器と、をさらに備え、排ガスが水タンクの排水口を介して大気中に排出される場合の水位である第１水位を水位検知器が検知した場合に、制御器が燃料電池装置の運転を停止するように構成されている態様を例示するものである。
【００９９】
［燃料電池システムの構成］
図９は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【０１００】
図９に示すように、本発明の実施の形態２に係る燃料電池システム１は、実施の形態１に係る燃料電池システム１と基本的構成は同じであるが、水位検知器１９及び制御器２２が設けられている点が異なる。具体的には、水位検知器１９は、水タンク６の第１貯水部１７内に設けられている。
【０１０１】
水位検知器１９は、第１貯水部１７内部の水位を検知し、その検知した水位を制御器２２に出力することができればどの様な形態であってもよい。水位検知器１９としては、例えば、例えば、フロート式水位センサ、光学界面式水位センサ、超音波式水位センサ、電極式水位センサ、及び圧力式水位センサ等を用いることができる。
【０１０２】
制御器２２は、燃料電池システム１を構成する各機器を制御する機器であれば、どのような形態であってもよく、例えば、マイクロプロセッサ、ＣＰＵ等に例示される演算処理部と、各制御動作を実行するためのプログラムを格納した、メモリ等から構成される記憶部を備えている。そして、制御器２２は、演算処理部が、記憶部に格納された所定の制御プログラムを読み出し、これを実行することにより、これらの情報を処理し、かつ、これらの制御を含む燃料電池システム１に関する各種の制御を行う。
【０１０３】
なお、制御器２２は、単独の制御器で構成される形態だけでなく、複数の制御器が協働して、燃料電池システム１の制御を実行する制御器群で構成される形態であっても構わない。また、制御器２２は、マイクロコントローラで構成されていてもよく、ＭＰＵ、ＰＬＣ(Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ)、論理回路等によって構成されていてもよい。
【０１０４】
そして、制御器２２は、水位検知器１９が検知する第１貯水部１７の水位に基づいて、燃料電池システム１の制御を行う。具体的には、制御器２２は、水位検知器１９が第１水位を検知すると、燃料電池装置２４（燃料電池システム１）の運転を停止させる。ここで、第１水位は、燃焼排ガス流路８の水タンク６よりも下流側の流路及び第２酸化剤排ガス流路１２ｂの少なくとも一方の流路が閉塞され、排ガスが水タンク６の排水口２０を介して大気中に排出されるときの水位である。
【０１０５】
例えば、燃料電池２の耐圧をＡｋＰａとした場合、第１貯水部１７の水位が排水口２０からＡ×１０２ｍｍ下方に位置するときに、排水口２０から排ガスが排出されると、燃料電池２の破損を抑制することができる。このため、制御器２２は、水位検知器１９が排水口２０からＡ×１０２ｍｍ以下の水位を検知した場合に、燃料電池システム１を停止させることが好ましい。したがって、第１水位は、排水口２０からＡ×１０２ｍｍ下方の位置以下、かつ、水タンク６の底面以上の間で任意に設定することができる。
【０１０６】
このように構成された、本実施の形態２に係る燃料電池システム１であっても、実施の形態１に係る燃料電池システム１と同様の作用効果を奏する。
【０１０７】
また、本実施の形態２に係る燃料電池システム１では、水位検知器１９が第１水位を検知すると、制御器２２が燃料電池システム１の運転を停止するように構成されているため、燃焼排ガス流路８の水タンク６よりも下流側の流路及び第２酸化剤排ガス流路１２ｂの少なくとも一方の流路が閉塞されても、燃料電池２に耐圧以上の圧力がかかることが抑制される。このため、本実施の形態２に係る燃料電池システム１では、燃料電池２の破損を充分に抑制することができる。
【０１０８】
なお、本実施の形態２においては、第１水位を燃料電池２の耐圧に基づいて規定したが、これに限定されない。例えば、第１水位は、水素生成器３の耐圧に基づいて規定してもよく、原料供給器４の締結圧に基づいて規定してもよく、酸化剤ガス供給器１０の締結圧に基づいて規定してもよい。また、第１水位は、燃料電池２の耐圧、水素生成器３の耐圧、原料供給器４の締結圧、及び酸化剤ガス供給器１０の締結圧のうち、最も小さい圧力に基づいて規定してもよい。
【０１０９】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムは、制御器と、水タンクの第１貯水部に設けられ、該第１貯水部の水位を検知する水位検知器と、水タンクの第１貯水部に水を供給するように構成された水供給器と、をさらに備え、制御器が、排ガスが水タンクの排水口を介して大気中に排出される場合の水位である第１水位よりも高く、かつ、第１貯水部の満水位よりも低い水位である第２水位を水位検知器が検知した場合に、水タンクの第１貯水部に水を供給するように水供給器を制御し、水供給器が第１貯水部に水を供給してから所定時間経過後に、水位検知器が第１水位を検知した場合に、燃料電池装置の運転を停止するように構成されている態様を例示するものである。
【０１１０】
［燃料電池システムの動作］
本発明の実施の形態３に係る燃料電池システム１は、実施の形態２に係る燃料電池システム１の構成と同じであるため、その詳細な説明は省略する。また、本実施の形態３に係る燃料電池システム１の発電運転は、公知の燃料電池システム１の一般的な発電運転と同様に行われるため、その詳細な説明は省略する。
【０１１１】
ところで、燃料電池システム１において、例えば、燃焼排ガス熱交換器５や酸化剤排ガス熱交換器１１で充分な水が凝縮されず、水タンク６内に貯えられた水の一部を別のタンクに供給するような場合には、水タンク６に貯えられている水が減少し、第１貯水部１７の水位が低下する。すなわち、燃焼排ガス流路８の水タンク６よりも下流側の流路及び第２酸化剤排ガス流路１２ｂの少なくとも一方の流路が閉塞の有無にかかわらず、第１貯水部１７の水位が低下する場合がある。
【０１１２】
そこで、本実施の形態３においては、制御器２２が、第１貯水部１７の水位の低下が、流路の閉塞によるものであるのか、又は水タンク６の水を使用すること等の流路の閉塞以外によるものであるのかを判断して、流路の閉塞により第１貯水部１７の水位が低下している場合には、燃料電池装置２４（燃料電池システム１）の運転を停止するように構成されている。以下には、水位検知器１９が検知した第１貯水部１７の水位に基づく、制御器２２の制御について説明する。
【０１１３】
図１０は、本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの水位判定動作を模式的に示すフローチャートである。なお、以下の動作は、原則として、燃料電池システム１の発電運転中に行われる。
【０１１４】
図１０に示すように、まず、制御器２２は、水位検知器１９より、第１貯水部１７の水位Ｌを取得する（ステップＳ１０１）。ついで、制御器２２は、ステップＳ１０１で取得した水位Ｌが第２水位以下であるか否かを判断する（ステップＳ１０２）。ここで、第２水位は、第１水位よりも高く、かつ、水タンク６の満水位よりも低い水位をいう。第２水位としては、第１水位より高く、かつ、水タンク６の満水位よりも低い水位の間で任意に設定することができる。
【０１１５】
制御器２２は、ステップＳ１０１で取得した水位Ｌが第２水位より高い場合（ステップＳ１０２でＮｏ）には、ステップＳ１０１に戻り、第２水位以下になるまで、ステップＳ１０１及びステップＳ１０２を繰り返す。一方、制御器２２は、ステップＳ１０１で取得した水位Ｌが第２水位以下である場合（ステップＳ１０２でＹｅｓ）には、ステップＳ１０３に進む。
【０１１６】
ステップＳ１０３では、制御器２２は、給水弁２１を作動させて、水タンク６内に市水を供給させる。なお、水タンク６への市水の供給は、第１貯水部１７の水位が第２水位より高く、かつ、水タンク６の満水位以下となるように行われる。
【０１１７】
次に、制御器２２は、給水弁２１を作動させてからの時間Ｔを取得し（ステップＳ１０４）、ステップＳ１０４で取得した時間Ｔが、所定時間Ｔ１以上であるか否かを判断する（ステップＳ１０５）。ここで、所定時間Ｔ１は、予め実験等で求められた時間である。
【０１１８】
例えば、燃焼排ガス流路８の水タンク６よりも下流側の流路及び第２酸化剤排ガス流路１２ｂの少なくとも一方の流路を閉塞させ、燃料電池２の耐圧と同じ圧力を第１貯水部１７にかけたときに、第１酸化剤排ガス流路１２ａや燃焼排ガス流路８に存在するガスが、排水口２０から排出されるまでの時間を所定時間Ｔ１としてもよい。
【０１１９】
また、例えば、燃焼排ガス流路８の水タンク６よりも下流側の流路及び第２酸化剤排ガス流路１２ｂの少なくとも一方の流路を閉塞させ、燃料電池２の耐圧、水素生成器３の耐圧、原料供給器４の締結圧、及び酸化剤ガス供給器１０の締結圧のうち、最も小さい圧力を第１貯水部１７にかけたときに、第１酸化剤排ガス流路１２ａや燃焼排ガス流路８に存在するガスが、排水口２０から排出されるまでの時間を所定時間Ｔ１としてもよい。
【０１２０】
制御器２２は、ステップＳ１０４で取得した時間Ｔが、所定時間Ｔ１未満である場合（ステップＳ１０５でＮｏ）には、ステップＳ１０４に戻り、ステップＳ１０４で取得した時間Ｔが所定時間Ｔ１になるまで、ステップＳ１０４及びステップＳ１０５を繰り返す。一方、制御器２２は、ステップＳ１０４で取得した時間Ｔが、所定時間Ｔ１以上である場合（ステップＳ１０５でＹｅｓ）には、ステップＳ１０６に進む。
【０１２１】
ステップＳ１０６では、制御器２２は、再び水位検知器１９から第１貯水部１７の水位を取得する。そして、制御器２２は、ステップＳ１０６で取得した水位Ｌが第１水位以下であるか否かを判断する（ステップＳ１０７）。
【０１２２】
ここで、ステップＳ１０６で取得した水位Ｌが第１水位より高い場合には、水タンク６内の水が消費（供給）されたために、第１貯水部１７の水位が低下したと判断することができる。一方、ステップＳ１０６で取得した水位Ｌが第１水位以下である場合には、燃焼排ガス流路８の水タンク６よりも下流側の流路及び第２酸化剤排ガス流路１２ｂの少なくとも一方の流路が閉塞したために、排水口２０から第１貯水部１７内の水が排出され、第１貯水部１７の水位が低下したと判断することができる。
【０１２３】
このため、制御器２２は、ステップＳ１０６で取得した水位Ｌが第１水位より高い場合（ステップＳ１０７でＮｏ）には、ステップＳ１０１に戻り、本プログラムを繰り返す。一方、制御器２２は、ステップＳ１０６で取得した水位Ｌが第１水位以下である場合（ステップＳ１０７でＹｅｓ）には、燃料電池装置２４（燃料電池システム１）の運転を停止させ（ステップＳ１０８）、本プログラムを終了する。
【０１２４】
このように構成された本実施の形態３に係る燃料電池システム１であっても、実施の形態２に係る燃料電池システム１と同様の作用効果を奏する。また、本実施の形態３に係る燃料電池システム１では、第１貯水部１７の水位の低下が、燃焼排ガス流路８の水タンク６よりも下流側の流路及び第２酸化剤排ガス流路１２ｂの少なくとも一方の流路の閉塞によるものか否かを制御器２２が判断することにより、より適切に燃料電池装置２４の停止を行うことができる。このため、本実施の形態３に係る燃料電池システム１は、より利便性を高めることができる。
【０１２５】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４に係る燃料電池システムは、制御器と、燃料電池装置に原料を供給する原料供給器と、を備え、燃料電池装置は、燃料電池を有し、燃料電池には、アノードに燃料ガスを供給する燃料ガス内部流路とカソードに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス内部流路が設けられ、燃料ガス内部流路の下流端に、排ガス流路が接続されており、制御器が、燃料電池の発電量に応じた規定流量の原料を供給するように原料供給器をフィードバック制御しており、原料供給器の供給能力が予め設定された第１供給能力よりも高くなる場合には、燃料電池装置の運転を停止するように構成されている態様を例示するものである。
【０１２６】
ここで、「第１供給能力」は、水素生成器の耐圧及び燃料電池の耐圧のうち、小さい方の圧力よりも小さい圧力となる原料供給器の供給能力をいう。
【０１２７】
［燃料電池システムの構成］
図１１は、本発明の実施の形態４に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【０１２８】
図１１に示すように、本発明の実施の形態４に係る燃料電池システム１は、実施の形態１に係る燃料電池システム１と基本的構成は同じであるが、制御器２２が設けられている点が異なる。また、本実施の形態４に係る燃料電池システム１では、排ガス流路として、燃焼排ガス流路８及び燃焼排ガス凝縮水流路９を規定している点が、実施の形態１に係る燃料電池システム１と異なる。なお、制御器２２は、実施の形態２で説明した制御器２２と同様に構成されているため、その詳細な説明は省略する。
【０１２９】
［燃料電池システムの作用効果］
次に、本実施の形態４に係る燃料電池システム１の作用効果について説明する。
【０１３０】
上述したように、燃焼排ガス流路８の水タンク６よりも下流側の流路及び第２酸化剤排ガス流路１２ｂの少なくとも一方の流路が閉塞された場合には、水タンク６の第１貯水部１７内の圧力が増加する。第１貯水部１７内の圧力の増加に伴い、燃焼排ガス流路８等内の圧力が増加するため、原料供給流路２５内の圧力も増加する。
【０１３１】
ここで、制御器２２が、燃料電池２の発電量に応じた規定流量の原料を供給するように原料供給器４をフィードバック制御しているとする。燃料電池２の発電量が一定である場合であっても、原料供給流路２５内の圧力が増加すると、原料供給器４の供給能力が一定であると、燃料電池２の発電量に応じた規定流量の原料を供給することができなくなる。
【０１３２】
このため、制御器２２は、その供給能力を増加するように、原料供給器４を制御する。したがって、燃料電池２の発電量によっては、制御器２２は、燃料電池２や水素生成器３の耐圧以上の圧力がかかるまで、原料供給器４の供給能力を増加させるおそれがある。
【０１３３】
そこで、本実施の形態４に係る燃料電池システム１では、制御器２２が、燃料電池２の発電量に応じた規定流量の原料を供給するように、原料供給器４をフィードバック制御している場合に、原料供給器４の供給能力が予め設定された第１供給能力よりも高くなる場合には、燃料電池装置２４（燃料電池システム１）の運転を停止するように構成されている。
【０１３４】
具体的には、例えば、原料供給器４の供給能力が８０％以上では、燃料電池２や水素生成器３の耐圧以上になり、燃料電池２や水素生成器３が破損するおそれがあるとする。このとき、第１供給能力を８０％から１０ポイント低い７０％と規定したとする。制御器２２は、原料供給器４の供給能力が７０％よりも高くなるように、原料供給器４を制御したとき、燃焼排ガス流路８の水タンク６よりも下流側の流路及び第２酸化剤排ガス流路１２ｂの少なくとも一方の流路が閉塞されていると判断し、燃料電池装置２４の運転を停止する。このため、燃料電池２や水素生成器３が破損されることを抑制することができる。
【０１３５】
このように構成された本実施の形態４に係る燃料電池システム１であっても、実施の形態１に係る燃料電池システム１と同様の作用効果を奏する。また、本実施の形態４に係る燃料電池システム１では、原料供給器４の供給能力が予め設定された第１供給能力よりも高くなると、燃料電池装置２４（燃料電池システム１）の運転を停止するため、燃料電池２や水素生成器３の破損をより抑制することができる。
【０１３６】
なお、本実施の形態４においては、制御器２２が、燃料電池２の発電量に応じた規定流量の原料を供給するように原料供給器４をフィードバック制御しているとしたが、これに限定されない。例えば、制御器２２は、原料の流量を測定する原料流量計で原料の流量が規定流量になるようにフィードバック制御してもよい。
【０１３７】
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５に係る燃料電池システムは、制御器と、燃料電池装置に原料を供給する原料供給器と、記原料供給器から燃料電池装置に供給される原料の流量を検知する原料流量検知器と、を備え、燃料電池装置は、燃料電池を有し、燃料電池には、アノードに燃料ガスを供給する燃料ガス内部流路とカソードに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス内部流路が設けられ、燃料ガス内部流路の下流端に、排ガス流路が接続されており、制御器は、燃料電池の発電量に応じて予め設定された供給能力になるように原料供給器を制御しており、原料流量検知器が予め設定された第１原料流量より低い流量を検知した場合には、燃料電池装置の運転を停止するように構成されている態様を例示するものである。
【０１３８】
［燃料電池システムの構成］
図１２は、本発明の実施の形態５に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【０１３９】
図１２に示すように、本発明の実施の形態５に係る燃料電池システム１は、実施の形態１に係る燃料電池システム１と基本的構成は同じであるが、制御器２２と原料流量計（原料流量検知器）３２が設けられている点が異なる。また、本実施の形態５係る燃料電池システム１では、排ガス流路として、燃焼排ガス流路８及び燃焼排ガス凝縮水流路９を規定している点が、実施の形態１に係る燃料電池システム１と異なる。
【０１４０】
原料流量計３２は、原料供給流路２５を通流する原料の流量を検知することができれば、どのような形態であってもよい。原料流量計３２としては、例えば、ベンチュリ計やオリフィス流量計等を用いることができる。なお、制御器２２は、実施の形態２で説明した制御器２２と同様に構成されているため、その詳細な説明は省略する。
【０１４１】
［燃料電池システムの作用効果］
次に、本実施の形態５に係る燃料電池システム１の作用効果について説明する。
【０１４２】
図１３は、本発明の実施の形態５に係る燃料電池システムにおける発電電力と原料流量の関係及び発電電力と第１原料流量の関係を示すグラフである。
【０１４３】
制御器２２は、図１３に示すように、燃料電池２の発電量に応じて予め設定された供給能力になるように原料供給器４を制御しているとする。すなわち、本実施の形態５においては、制御器２２は、燃料電池装置２４の最低発電電力である２００Ｗで発電する場合に、燃料電池装置２４（正確には、水素生成器３）に供給される原料の流量が１ＮＬＭとなるように、原料供給器４の供給能力を制御している。また、制御器２２は、燃料電池装置２４の最高発電電力である１０００Ｗで発電する場合に、燃料電池装置２４（正確には、水素生成器３）に供給される原料の流量が４ＮＬＭとなるように、原料供給器４の供給能力を制御している。そして、制御器２２は、発電電力に対して、燃料電池装置２４（正確には、水素生成器３）に供給される原料の流量が、一次直線となるように、原料供給器４の供給能力を制御している。
【０１４４】
ところで、上述したように、燃焼排ガス流路８の水タンク６よりも下流側の流路及び第２酸化剤排ガス流路１２ｂの少なくとも一方の流路が閉塞された場合には、水タンク６の第１貯水部１７内の圧力が増加する。第１貯水部１７内の圧力の増加に伴い、燃焼排ガス流路８等内の圧力が増加するため、原料供給流路２５内の圧力も増加する。このため、制御器２２が、例えば、原料の流量が１ＮＬＭとなるように、原料供給器４の供給能力を制御していても、原料流量計３２で検知される原料の流量は、１ＮＬＭより小さいものとなる。
【０１４５】
そこで、本実施の形態５に係る燃料電池システム１では、制御器２２が、燃料電池２の発電量に応じて予め設定された供給能力になるように原料供給器４を制御している場合に、原料流量計３２が予め設定された第１原料流量より低い流量を検知した場合には、燃料電池装置２４（燃料電池システム１）の運転を停止するように構成されている。ここで、第１原料流量は、燃料電池システム１の構成等により、予め設定されたものである。
【０１４６】
具体的には、例えば、図１３に示すように、第１原料流量は、燃料利用率の増加に伴う燃料電池２の劣化を抑制するために、以下のように設定されている。すなわち、第１原料流量は、燃料電池装置２４の最低発電電力である２００Ｗで発電する場合には、燃料利用率が９０％となる０．８ＮＬＭと設定されている。また、第１原料流量は、燃料電池装置２４の最高発電電力である１０００Ｗで発電する場合には、燃料利用率が９０％となる３．２ＮＬＭと設定されている。そして、第１原料流量は、発電電力に対して、一次直線となるように設定されている。
【０１４７】
制御器２２は、例えば、燃料電池装置２４を２００Ｗで発電するように制御している場合に、原料流量計３２が検知する原料流量が、第１原料流量である０．８ＮＬＭより低い流量を検知した場合に、燃焼排ガス流路８の水タンク６よりも下流側の流路及び第２酸化剤排ガス流路１２ｂの少なくとも一方の流路が閉塞されていると判断し、燃料電池装置２４の運転を停止する。このため、燃料電池２や水素生成器３が破損されることを抑制することができる。
【０１４８】
このように構成された本実施の形態５に係る燃料電池システム１であっても、実施の形態１に係る燃料電池システム１と同様の作用効果を奏する。また、本実施の形態５に係る燃料電池システム１では、原料流量計３２で検知される原料の流量が第１原料流量より低い流量を検知すると、燃料電池装置２４（燃料電池システム１）の運転を停止するため、燃料電池２や水素生成器３の破損をより抑制することができる。
【０１４９】
（実施の形態６）
本発明の実施の形態６に係る燃料電池システムは、制御器と、燃料電池装置に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器と、を備え、燃料電池装置は、燃料電池を有し、燃料電池には、アノードに燃料ガスを供給する燃料ガス内部流路とカソードに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス内部流路が設けられ、酸化剤ガス内部流路の下流端に、排ガス流路が接続されており、制御器は、燃料電池の発電量に応じた規定流量の酸化剤ガスを供給するように酸化剤ガス供給器をフィードバック制御しており、酸化剤ガス供給器の供給能力が予め設定された第２供給能力よりも高くなる場合には、燃料電池装置の運転を停止するように構成されている態様を例示するものである。
【０１５０】
ここで、「第２供給能力」は、水素生成器の耐圧及び燃料電池の耐圧のうち、小さい方の圧力よりも小さい圧力となる酸化剤ガス供給器の供給能力をいう。
【０１５１】
［燃料電池システムの構成］
図１４は、本発明の実施の形態６に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【０１５２】
図１４に示すように、本発明の実施の形態４６係る燃料電池システム１は、実施の形態１に係る燃料電池システム１と基本的構成は同じであるが、制御器２２が設けられている点が異なる。また、本実施の形態６に係る燃料電池システム１では、排ガス流路として、酸化剤排ガス流路１２を規定している点が、実施の形態１に係る燃料電池システム１と異なる。なお、制御器２２は、実施の形態２で説明した制御器２２と同様に構成されているため、その詳細な説明は省略する。
【０１５３】
［燃料電池システムの作用効果］
次に、本実施の形態６に係る燃料電池システム１の作用効果について説明する。
【０１５４】
上述したように、燃焼排ガス流路８の水タンク６よりも下流側の流路及び第２酸化剤排ガス流路１２ｂの少なくとも一方の流路が閉塞された場合には、水タンク６の第１貯水部１７内の圧力が増加する。第１貯水部１７内の圧力の増加に伴い、燃焼排ガス流路８等内の圧力が増加するため、酸化剤ガス供給流路２８内の圧力も増加する。
【０１５５】
ここで、制御器２２が、燃料電池２の発電量に応じた規定流量の酸化剤ガスを供給するように酸化剤ガス供給器１０をフィードバック制御しているとする。燃料電池２の発電量が一定である場合であっても、酸化剤ガス供給流路２８内の圧力が増加すると、酸化剤ガス供給器１０の供給能力が一定であると、燃料電池２の発電量に応じた規定流量の酸化剤ガスを供給することができなくなる。
【０１５６】
このため、制御器２２は、その供給能力を増加するように、酸化剤ガス供給器１０を制御する。したがって、燃料電池２の発電量によっては、制御器２２は、燃料電池２や水素生成器３の耐圧以上の圧力がかかるまで、酸化剤ガス供給器１０の供給能力を増加させるおそれがある。
【０１５７】
そこで、本実施の形態６に係る燃料電池システム１では、制御器２２が、燃料電池２の発電量に応じた規定流量の酸化剤ガスを供給するように、酸化剤ガス供給器１０をフィードバック制御している場合に、酸化剤ガス供給器１０の供給能力が予め設定された第２供給能力よりも高くなる場合には、燃料電池装置２４（燃料電池システム１）の運転を停止するように構成されている。
【０１５８】
具体的には、例えば、酸化剤ガス供給器１０の供給能力が７０％以上では、燃料電池２や水素生成器３の耐圧以上になり、燃料電池２や水素生成器３が破損するおそれがあるとする。このとき、第２供給能力を７０％から５ポイント低い６５％と規定したとする。制御器２２は、酸化剤ガス供給器１０の供給能力が６５％よりも高くなるように、酸化剤ガス供給器１０を制御したとき、燃焼排ガス流路８の水タンク６よりも下流側の流路及び第２酸化剤排ガス流路１２ｂの少なくとも一方の流路が閉塞されていると判断し、燃料電池装置２４の運転を停止する。このため、燃料電池２や水素生成器３が破損されることを抑制することができる。
【０１５９】
このように構成された本実施の形態６に係る燃料電池システム１であっても、実施の形態１に係る燃料電池システム１と同様の作用効果を奏する。また、本実施の形態６に係る燃料電池システム１では、酸化剤ガス供給器１０の供給能力が予め設定された第２供給能力よりも高くなると、燃料電池装置２４（燃料電池システム１）の運転を停止するため、燃料電池２や水素生成器３の破損をより抑制することができる。
【０１６０】
なお、本実施の形態６においては、制御器２２が、燃料電池２の発電量に応じた規定流量の酸化剤ガスを供給するように酸化剤ガス供給器１０をフィードバック制御しているとしたが、これに限定されない。例えば、制御器２２は、酸化剤ガスの流量を測定する酸化剤ガス流量計で酸化剤ガスの流量が規定流量になるようにフィードバック制御してもよい。
【０１６１】
（実施の形態７）
本発明の実施の形態７に係る燃料電池システムは、制御器と、燃料電池装置に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器と、酸化剤ガス供給器から燃料電池装置に供給される酸化剤ガスの流量を検知する酸化剤ガス流量検知器と、を備え、燃料電池装置は、燃料電池を有し、燃料電池には、アノードに燃料ガスを供給する燃料ガス内部流路とカソードに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス内部流路が設けられ、酸化剤ガス内部流路の下流端に、排ガス流路が接続されており、制御器は、燃料電池の発電量に応じて予め設定された供給能力になるように酸化剤ガス供給器を制御しており、酸化剤ガス流量検知器が予め設定された第１酸化剤ガス流量より低い流量を検知した場合には、燃料電池装置の運転を停止するように構成されている態様を例示するものである。
【０１６２】
［燃料電池システムの構成］
図１５は、本発明の実施の形態７に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【０１６３】
図１５に示すように、本発明の実施の形態７に係る燃料電池システム１は、実施の形態１に係る燃料電池システム１と基本的構成は同じであるが、制御器２２と空気流量計（酸化剤ガス流量検知器）４２が設けられている点が異なる。また、本実施の形態７係る燃料電池システム１では、排ガス流路として、酸化剤排ガス流路１２を規定している点が、実施の形態１に係る燃料電池システム１と異なる。
【０１６４】
空気流量計４２は、酸化剤ガス供給流路２８を通流する酸化剤ガスの流量を検知することができれば、どのような形態であってもよい。空気流量計４２としては、例えば、ベンチュリ計やオリフィス流量計等を用いることができる。なお、制御器２２は、実施の形態２で説明した制御器２２と同様に構成されているため、その詳細な説明は省略する。
【０１６５】
［燃料電池システムの作用効果］
次に、本実施の形態７に係る燃料電池システム１の作用効果について説明する。
【０１６６】
図１６は、本発明の実施の形態７に係る燃料電池システムにおける発電電力と酸化剤ガス流量の関係及び発電電力と第１酸化剤ガス流量の関係を示すグラフである。
【０１６７】
制御器２２は、図１６に示すように、燃料電池２の発電量に応じて予め設定された供給能力になるように酸化剤ガス供給器１０を制御しているとする。すなわち、本実施の形態７においては、制御器２２は、燃料電池装置２４の最低発電電力である２００Ｗで発電する場合に、燃料電池装置２４（正確には、燃料電池２）に供給される酸化剤ガスの流量が１０ＮＬＭとなるように、酸化剤ガス供給器１０の供給能力を制御している。また、制御器２２は、燃料電池装置２４の最高発電電力である１０００Ｗで発電する場合に、燃料電池装置２４（正確には、燃料電池２）に供給される酸化剤ガスの流量が４０ＮＬＭとなるように、酸化剤ガス供給器１０の供給能力を制御している。そして、制御器２２は、発電電力に対して、燃料電池装置２４（正確には、燃料電池２）に供給される酸化剤ガスの流量が、一次直線となるように、酸化剤ガス供給器１０の供給能力を制御している。
【０１６８】
ところで、上述したように、燃焼排ガス流路８の水タンク６よりも下流側の流路及び第２酸化剤排ガス流路１２ｂの少なくとも一方の流路が閉塞された場合には、水タンク６の第１貯水部１７内の圧力が増加する。第１貯水部１７内の圧力の増加に伴い、燃焼排ガス流路８等内の圧力が増加するため、酸化剤ガス供給流路２８内の圧力も増加する。このため、制御器２２が、例えば、酸化剤ガスの流量が４ＮＬＭとなるように、酸化剤ガス供給器１０の供給能力を制御していても、空気流量計４２で検知される原料の流量は、４ＮＬＭより小さいものとなる。
【０１６９】
そこで、本実施の形態７に係る燃料電池システム１では、制御器２２が、燃料電池２の発電量に応じて予め設定された供給能力になるように酸化剤ガス供給器１０を制御している場合に、４２が予め設定された第１酸化剤ガス流量より低い流量を検知した場合には、燃料電池装置２４（燃料電池システム１）の運転を停止するように構成されている。ここで、第１酸化剤ガス流量は、燃料電池システム１の構成等により、予め設定されたものである。
【０１７０】
具体的には、例えば、図１６に示すように、第１酸化剤ガス流量は、酸化剤利用率の増加に伴う燃料電池２の劣化を抑制するために、以下のように設定されている。すなわち、第１酸化剤ガス流量は、燃料電池装置２４の最低発電電力である２００Ｗで発電する場合には、酸化剤利用率が８０％となる６ＮＬＭと設定されている。また、第１酸化剤ガス流量は、燃料電池装置２４の最高発電電力である１０００Ｗで発電する場合には、酸化剤利用率が８０％となる２４ＮＬＭと設定されている。そして、第１酸化剤ガス流量は、発電電力に対して、一次直線となるように設定されている。
【０１７１】
制御器２２は、例えば、燃料電池装置２４を２００Ｗで発電するように制御している場合に、空気流量計４２が検知する酸化剤ガス流量が、第１酸化剤ガス流量である６ＮＬＭより低い流量を検知した場合に、燃焼排ガス流路８の水タンク６よりも下流側の流路及び第２酸化剤排ガス流路１２ｂの少なくとも一方の流路が閉塞されていると判断し、燃料電池装置２４の運転を停止する。このため、燃料電池２や水素生成器３が破損されることを抑制することができる。
【０１７２】
このように構成された本実施の形態７に係る燃料電池システム１であっても、実施の形態１に係る燃料電池システム１と同様の作用効果を奏する。また、本実施の形態７に係る燃料電池システム１では、空気流量計４２で検知される酸化剤ガスの流量が第１酸化剤ガス流量より低い流量を検知すると、燃料電池装置２４（燃料電池システム１）の運転を停止するため、燃料電池２や水素生成器３の破損をより抑制することができる。
【０１７３】
（実施の形態８）
［燃料電池システムの構成］
図１７は、本発明の実施の形態８に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【０１７４】
図１７に示すように、本発明の実施の形態８に係る燃料電池システム１は、実施の形態１に係る燃料電池システム１と基本的構成は同じであるが、排ガス流路が第１燃焼排ガス流路８ａと第２燃焼排ガス流路８ｂで構成されている点と、排気口７が燃焼排ガスを排出する第１排気口７ａと酸化剤排ガスを排出する第２排気口７ｂで構成されている点が異なる。
【０１７５】
また、本実施の形態８に係る燃料電池システム１では、酸化剤排ガス流路１２を通流する酸化剤排ガス内の水分を水タンク６に貯えられず、第２排気口７ｂから排出されるように構成されている。
【０１７６】
このように構成された本実施の形態８に係る燃料電池システム１では、第１燃焼排ガス流路８ａ及び第１排気口７ａのいずれかが閉塞したような場合であっても、第１貯水部１７の水位が隔壁１６より低くなると、第１貯水部１７内のガス（燃焼排ガスを含む）は、第２貯水部１８から排水口２０を介して、燃料電池システム１外（大気中）に排出される。
【０１７７】
このため、本実施の形態８に係る燃料電池システム１では、第１燃焼排ガス流路８ａ及び第１排気口７ａのいずれかが閉塞されても、第１貯水部１７内の圧力が、燃料電池２の耐圧、水素生成器３の耐圧、原料供給器４の締結圧、及び酸化剤ガス供給器１０の締結圧のうち、最も小さい圧力以上になることが抑制されるため、燃料電池２、水素生成器３、原料供給器４、及び酸化剤ガス供給器１０の破損を抑制することができる。
【０１７８】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。したがって、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の要旨を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。
【産業上の利用可能性】
【０１７９】
本発明の燃料電池システム及びその運転方法は、水素生成器や燃料電池の破損を抑制することができるため、燃料電池の分野で有用である。
【符号の説明】
【０１８０】
１  燃料電池システム
２  燃料電池
２ａ  燃料ガス内部流路
２ｂ  酸化剤ガス内部流路
３  水素生成器
３ａ  燃焼器
４  原料供給器
５  燃焼排ガス熱交換器
６  水タンク
７  排気口
７ａ  第１排気口
７ｂ  第２排気口
８  燃焼排ガス流路
８ａ  第１燃焼排ガス流路
８ｂ  第２燃焼排ガス流路
９  燃焼排ガス凝縮水流路
１０  酸化剤ガス供給器
１１  酸化剤排ガス熱交換器
１２  酸化剤排ガス流路
１２ａ  第１酸化剤排ガス流路
１２ｂ  第２酸化剤排ガス流路
１３  酸化剤排ガス凝縮水流路
１４  貯湯タンク
１５  温水循環経路
１６  隔壁
１７  第１貯水部
１８  第２貯水部
１９  水位検知器
２０  排水口
２１  給水弁
２２  制御器
２３  筐体
２４  燃料電池装置
２５  原料供給流路
２６  燃料ガス供給流路
２７  オフ燃料ガス流路
２８  酸化剤ガス供給流路
２９  連通部
３０  水供給流路
３１  排水流路
３２  原料流量計
４２  空気流量計
６０  セル積層体
６１  セル
６２  端板
６３  端板
６４  燃料ガス供給マニホールド
６５  燃料ガス排出マニホールド
６６  酸化剤ガス供給マニホールド
６７  酸化剤ガス排出マニホールド
７１  高分子電解質膜
７２Ａ  アノード
７２Ｂ  カソード
７３  ＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ：膜−電極接合体）
７４  ガスケット
７５Ａ  アノードセパレータ
７５Ｂ  カソードセパレータ
７７  燃料ガス流路
７８  酸化剤ガス流路
２０１  燃料電池発電装置
２０２  燃料電池本体
２０３  改質装置
２０３ａ  バーナー
２０４  反応空気ブロワ
２０５  燃料予熱器
２０６  排熱回収器
２０７  排気塔
２０７ａ  排気口
２０８  フィルター
２０９  回収水タンク
２１０  生成水回収装置
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料と酸素を含む酸化剤ガスとが供給されて発電が行われる燃料電池装置と、前記燃料電池装置から排気される排ガスを大気中に排出する排ガス流路と、前記排ガス中の水を貯えるように構成された水タンクと、を備える燃料電池システムであって、
前記水タンクは、第１貯水部と、第２貯水部と、該水タンクの下部で前記第１貯水部と前記第２貯水部とを連通するように構成された連通部と、を有し、
前記水タンクの第２貯水部には、前記連通部より上方に排水口が設けられ、
前記排ガス流路は、前記水タンクの前記第１貯水部に接続され、
前記排ガスの通流が前記排ガス流路の前記水タンクよりも下流側で阻害されていない場合には、前記排ガスは前記排ガス流路から大気中に排出され、
前記排ガスの通流が前記排ガス流路の前記水タンクよりも下流側で阻害されている場合には、前記排ガスは前記水タンクの前記排水口を介して大気中に排出されるように構成されている、燃料電池システム。
【請求項２】
前記排ガス流路は、一端が前記燃料電池装置に接続され、他端が前記水タンクの第１貯水部に接続されている第１流路と、一端が前記水タンクの第１貯水部に接続され、他端が大気に開放されている第２流路と、を有し、
前記第２流路で前記排ガスの通流が阻害されている場合には、前記排ガスは前記水タンクの前記排水口を介して大気中に排出されるように構成されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記排ガス流路は、一端が前記燃料電池装置に接続され、他端が前記水タンクの第１貯水部に接続されている第３流路と、一端が前記第３流路の途中に接続され、他端が大気に開放されている第４流路と、を有し、
前記第４流路で前記排ガスの通流が阻害されている場合には、前記排ガスは前記水タンクの前記排水口を介して大気中に排出されるように構成されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記第１貯水部と前記第２貯水部は、前記水タンクの内部空間を分けるように設けられた隔壁によって形成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
制御器と、
前記水タンクの前記第１貯水部に設けられ、該第１貯水部の水位を検知する水位検知器と、をさらに備え、
前記制御器は、前記排ガスが前記水タンクの前記排水口を介して大気中に排出される場合の水位である第１水位を前記水位検知器が検知した場合に、前記燃料電池装置の運転を停止するように構成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
制御器と、
前記水タンクの前記第１貯水部に設けられ、該第１貯水部の水位を検知する水位検知器と、
前記水タンクの前記第１貯水部に水を供給するように構成された水供給器と、をさらに備え、
前記制御器は、前記排ガスが前記水タンクの前記排水口を介して大気中に排出される場合の水位である第１水位よりも高く、かつ、前記第１貯水部の満水位よりも低い水位である第２水位を前記水位検知器が検知した場合に、前記水タンクの第１貯水部に水を供給するように水供給器を制御し、
前記水供給器が前記第１貯水部に水を供給してから所定時間経過後に、前記水位検知器が前記第１水位を検知した場合に、前記燃料電池装置の運転を停止するように構成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記第１水位は、前記連通部の上端より低く、かつ、前記水タンク底面よりも高い位置に設定されている、請求項５又は６に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記燃料電池装置は、燃料電池を有し、
前記燃料電池には、アノードに燃料ガスを供給する燃料ガス内部流路とカソードに前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス内部流路が設けられ、
前記排ガス流路は、前記燃料ガス内部流路の下流端にその上流端が接続された燃料ガス排ガス流路と、前記酸化剤ガス内部流路の下流端にその下流端が接続された酸化剤ガス排ガス流路と、を有している、請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
制御器と、
前記燃料電池装置に前記原料を供給する原料供給器と、
前記原料供給器から前記燃料電池装置に供給される前記原料の流量を検知する原料流量検知器と、を備え、
前記燃料電池装置は、燃料電池を有し、
前記燃料電池には、アノードに燃料ガスを供給する燃料ガス内部流路とカソードに前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス内部流路が設けられ、
前記燃料ガス内部流路の下流端に、前記排ガス流路が接続されており、
前記制御器は、前記燃料電池の発電量に応じて予め設定された供給能力になるように前記原料供給器を制御しており、
前記原料流量検知器が予め設定された第１原料流量より低い流量を検知した場合には、前記燃料電池装置の運転を停止するように構成されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
制御器と、
前記燃料電池装置に前記原料を供給する原料供給器と、を備え、
前記燃料電池装置は、燃料電池を有し、
前記燃料電池には、アノードに燃料ガスを供給する燃料ガス内部流路とカソードに前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス内部流路が設けられ、
前記燃料ガス内部流路の下流端に、前記排ガス流路が接続されており、
前記制御器は、前記燃料電池の発電量に応じた規定流量の前記原料を供給するように前記原料供給器をフィードバック制御しており、
前記原料供給器の供給能力が予め設定された第１供給能力よりも高くなる場合には、前記燃料電池装置の運転を停止するように構成されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
制御器と、
前記燃料電池装置に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器と、
前記酸化剤ガス供給器から前記燃料電池装置に供給される前記酸化剤ガスの流量を検知する酸化剤ガス流量検知器と、を備え、
前記燃料電池装置は、燃料電池を有し、
前記燃料電池には、アノードに燃料ガスを供給する燃料ガス内部流路とカソードに前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス内部流路が設けられ、
前記酸化剤ガス内部流路の下流端に、前記排ガス流路が接続されており、
前記制御器は、前記燃料電池の発電量に応じて予め設定された供給能力になるように前記酸化剤ガス供給器を制御しており、
前記酸化剤ガス流量検知器が予め設定された第１酸化剤ガス流量より低い流量を検知した場合には、前記燃料電池装置の運転を停止するように構成されている、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
制御器と、
前記燃料電池装置に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器と、を備え、
前記燃料電池装置は、燃料電池を有し、
前記燃料電池には、アノードに燃料ガスを供給する燃料ガス内部流路とカソードに前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス内部流路が設けられ、
前記酸化剤ガス内部流路の下流端に、前記排ガス流路が接続されており、
前記制御器は、前記燃料電池の発電量に応じた規定流量の前記酸化剤ガスを供給するように前記酸化剤ガス供給器をフィードバック制御しており、
前記酸化剤ガス供給器の供給能力が予め設定された第２供給能力よりも高くなる場合には、前記燃料電池装置の運転を停止するように構成されている、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
前記燃料電池装置は、燃料電池を有し、
前記連通部の上端から前記排水口の下端までの高さに対応する水圧差が前記燃料電池の耐圧より低くなるように、前記連通部及び前記排水口が前記水タンクに設けられている、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
前記燃料電池装置は、前記原料を改質して燃料ガスを生成する水素生成器を有し、
前記連通部の上端から前記排水口の下端までの高さに対応する水圧差が前記水素生成器の耐圧より低くなるように、前記連通部及び前記排水口が前記水タンクに設けられている、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１５】
前記燃料電池装置に前記原料を供給する原料供給器と、
前記燃料電池装置に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器と、を備え、
前記連通部の上端から前記排水口の下端までの高さに対応する水圧差が前記原料供給器及び前記酸化剤ガス供給器の少なくとも一方の供給器の締切圧より低くなるように、前記連通部及び前記排水口が前記水タンクに設けられている、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１６】
原料と酸素を含む酸化剤ガスとが供給されて発電が行われる燃料電池装置と、前記燃料電池装置から排気される排ガスを大気中に排出する排ガス流路と、前記排ガス中の水を貯えるように構成された水タンクと、を備える燃料電池システムの運転方法であって、
前記燃料電池システムは、前記水タンクの前記第１貯水部に設けられ、該第１貯水部の水位を検知する水位検知器と、をさらに備え、
前記水タンクは、第１貯水部と、第２貯水部と、該水タンクの下部で前記第１貯水部と前記第２貯水部とを連通するように構成された連通部と、を有し、
前記水タンクの第２貯水部には、前記連通部より上方に排水口が設けられ、
前記排ガス流路は、前記水タンクの前記第１貯水部に接続され、
前記排ガスの通流が前記排ガス流路の前記水タンクよりも下流側で阻害されていない場合には、前記排ガスは前記排ガス流路から大気中に排出され、
前記排ガスの通流が前記排ガス流路の前記水タンクよりも下流側で阻害されている場合には、前記排ガスは前記水タンクの前記排水口を介して大気中に排出されるように構成され、
前記排ガスが前記水タンクの前記排水口を介して大気中に排出される場合の水位である第１水位を前記水位検知器が検知した場合に、前記燃料電池装置の運転を停止する、燃料電池システムの運転方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2011093066.tif 000021
【図２】
2011093066.tif 000022
【図３】
2011093066.tif 000023
【図４】
2011093066.tif 000024
【図５】
2011093066.tif 000025
【図６】
2011093066.tif 000026
【図７】
2011093066.tif 000027
【図８】
2011093066.tif 000028
【図９】
2011093066.tif 000029
【図１０】
2011093066.tif 000030
【図１１】
2011093066.tif 000031
【図１２】
2011093066.tif 000032
【図１３】
2011093066.tif 000033
【図１４】
2011093066.tif 000034
【図１５】
2011093066.tif 000035
【図１６】
2011093066.tif 000036
【図１７】
2011093066.tif 000037
【図１８】
2011093066.tif 000038
【手続補正書】
【提出日】平成23年8月26日(2011.8.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料と酸素を含む酸化剤ガスとが供給されて発電が行われる燃料電池装置と、前記燃料電池装置から排気される排ガスを大気中に排出する排ガス流路と、前記排ガス中の水を貯えるように構成された水タンクと、制御器と、を備える燃料電池システムであって、
前記水タンクは、第１貯水部と、第２貯水部と、該水タンクの下部で前記第１貯水部と前記第２貯水部とを連通するように構成された連通部と、を有し、
前記燃料電池システムは、前記水タンクの前記第１貯水部に設けられ、該第１貯水部の水位を検知する水位検知器と、をさらに備え、
前記水タンクの第２貯水部には、前記連通部より上方に排水口が設けられ、
前記排ガス流路は、前記水タンクの前記第１貯水部に接続され、
前記排ガスの通流が前記排ガス流路の前記水タンクよりも下流側で阻害されていない場合には、前記排ガスは前記排ガス流路から大気中に排出され、
前記排ガスの通流が前記排ガス流路の前記水タンクよりも下流側で阻害されている場合には、前記排ガスは前記水タンクの前記排水口を介して大気中に排出されるように構成され、
前記制御器は、前記排ガスが前記水タンクの前記排水口を介して大気中に排出される場合の水位である第１水位を前記水位検知器が検知した場合に、前記燃料電池装置の運転を停止するように構成されている、燃料電池システム。
【請求項２】
前記排ガス流路は、一端が前記燃料電池装置に接続され、他端が前記水タンクの第１貯水部に接続されている第１流路と、一端が前記水タンクの第１貯水部に接続され、他端が大気に開放されている第２流路と、を有し、
前記第２流路で前記排ガスの通流が阻害されている場合には、前記排ガスは前記水タンクの前記排水口を介して大気中に排出されるように構成されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記排ガス流路は、一端が前記燃料電池装置に接続され、他端が前記水タンクの第１貯水部に接続されている第３流路と、一端が前記第３流路の途中に接続され、他端が大気に開放されている第４流路と、を有し、
前記第４流路で前記排ガスの通流が阻害されている場合には、前記排ガスは前記水タンクの前記排水口を介して大気中に排出されるように構成されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記第１貯水部と前記第２貯水部は、前記水タンクの内部空間を分けるように設けられた隔壁によって形成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記水タンクの前記第１貯水部に設けられ、該第１貯水部の水位を検知する水位検知器と、
前記水タンクの前記第１貯水部に水を供給するように構成された水供給器と、をさらに備え、
前記制御器は、前記第１水位よりも高く、かつ、前記第１貯水部の満水位よりも低い水位である第２水位を前記水位検知器が検知した場合に、前記水タンクの第１貯水部に水を供給するように水供給器を制御し、
前記水供給器が前記第１貯水部に水を供給してから所定時間経過後に、前記水位検知器が前記第１水位を検知した場合に、前記燃料電池装置の運転を停止するように構成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記第１水位は、前記連通部の上端より低く、かつ、前記水タンク底面よりも高い位置に設定されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記燃料電池装置は、燃料電池を有し、
前記燃料電池には、アノードに燃料ガスを供給する燃料ガス内部流路とカソードに前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス内部流路が設けられ、
前記排ガス流路は、前記燃料ガス内部流路の下流端にその上流端が接続された燃料ガス排ガス流路と、前記酸化剤ガス内部流路の下流端にその下流端が接続された酸化剤ガス排ガス流路と、を有している、請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記燃料電池装置に前記原料を供給する原料供給器と、
前記原料供給器から前記燃料電池装置に供給される前記原料の流量を検知する原料流量検知器と、を備え、
前記燃料電池装置は、燃料電池を有し、
前記燃料電池には、アノードに燃料ガスを供給する燃料ガス内部流路とカソードに前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス内部流路が設けられ、
前記燃料ガス内部流路の下流端に、前記排ガス流路が接続されており、
前記制御器は、前記燃料電池の発電量に応じて予め設定された供給能力になるように前記原料供給器を制御しており、
前記原料流量検知器が予め設定された第１原料流量より低い流量を検知した場合には、前記燃料電池装置の運転を停止するように構成されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記燃料電池装置に前記原料を供給する原料供給器と、を備え、
前記燃料電池装置は、燃料電池を有し、
前記燃料電池には、アノードに燃料ガスを供給する燃料ガス内部流路とカソードに前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス内部流路が設けられ、
前記燃料ガス内部流路の下流端に、前記排ガス流路が接続されており、
前記制御器は、前記燃料電池の発電量に応じた規定流量の前記原料を供給するように前記原料供給器をフィードバック制御しており、
前記原料供給器の供給能力が予め設定された第１供給能力よりも高くなる場合には、前記排ガスの通流が前記排ガス流路の前記水タンクよりも下流側で阻害されていると判断し、前記燃料電池装置の運転を停止するように構成されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記燃料電池装置に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器と、
前記酸化剤ガス供給器から前記燃料電池装置に供給される前記酸化剤ガスの流量を検知する酸化剤ガス流量検知器と、を備え、
前記燃料電池装置は、燃料電池を有し、
前記燃料電池には、アノードに燃料ガスを供給する燃料ガス内部流路とカソードに前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス内部流路が設けられ、
前記酸化剤ガス内部流路の下流端に、前記排ガス流路が接続されており、
前記制御器は、前記燃料電池の発電量に応じて予め設定された供給能力になるように前記酸化剤ガス供給器を制御しており、
前記酸化剤ガス流量検知器が予め設定された第１酸化剤ガス流量より低い流量を検知した場合には、前記燃料電池装置の運転を停止するように構成されている、請求項１〜９のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記燃料電池装置に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器と、を備え、
前記燃料電池装置は、燃料電池を有し、
前記燃料電池には、アノードに燃料ガスを供給する燃料ガス内部流路とカソードに前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス内部流路が設けられ、
前記酸化剤ガス内部流路の下流端に、前記排ガス流路が接続されており、
前記制御器は、前記燃料電池の発電量に応じた規定流量の前記酸化剤ガスを供給するように前記酸化剤ガス供給器をフィードバック制御しており、
前記酸化剤ガス供給器の供給能力が予め設定された第２供給能力よりも高くなる場合には、前記排ガスの通流が前記排ガス流路の前記水タンクよりも下流側で阻害されていると判断し、前記燃料電池装置の運転を停止するように構成されている、請求項１〜９のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記燃料電池装置は、燃料電池を有し、
前記連通部の上端から前記排水口の下端までの高さに対応する水圧差が前記燃料電池の耐圧より低くなるように、前記連通部及び前記排水口が前記水タンクに設けられている、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
前記燃料電池装置は、前記原料を改質して燃料ガスを生成する水素生成器を有し、
前記連通部の上端から前記排水口の下端までの高さに対応する水圧差が前記水素生成器の耐圧より低くなるように、前記連通部及び前記排水口が前記水タンクに設けられている、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
前記燃料電池装置に前記原料を供給する原料供給器と、
前記燃料電池装置に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器と、を備え、
前記連通部の上端から前記排水口の下端までの高さに対応する水圧差が前記原料供給器及び前記酸化剤ガス供給器の少なくとも一方の供給器の締切圧より低くなるように、前記連通部及び前記排水口が前記水タンクに設けられている、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１５】
原料と酸素を含む酸化剤ガスとが供給されて発電が行われる燃料電池装置と、前記燃料電池装置から排気される排ガスを大気中に排出する排ガス流路と、前記排ガス中の水を貯えるように構成された水タンクと、を備える燃料電池システムの運転方法であって、
前記燃料電池システムは、前記水タンクの前記第１貯水部に設けられ、該第１貯水部の水位を検知する水位検知器と、をさらに備え、
前記水タンクは、第１貯水部と、第２貯水部と、該水タンクの下部で前記第１貯水部と前記第２貯水部とを連通するように構成された連通部と、を有し、
前記水タンクの第２貯水部には、前記連通部より上方に排水口が設けられ、
前記排ガス流路は、前記水タンクの前記第１貯水部に接続され、
前記排ガスの通流が前記排ガス流路の前記水タンクよりも下流側で阻害されていない場合には、前記排ガスは前記排ガス流路から大気中に排出され、
前記排ガスの通流が前記排ガス流路の前記水タンクよりも下流側で阻害されている場合には、前記排ガスは前記水タンクの前記排水口を介して大気中に排出されるように構成され、
前記排ガスが前記水タンクの前記排水口を介して大気中に排出される場合の水位である第１水位を前記水位検知器が検知した場合に、前記燃料電池装置の運転を停止する、燃料電池システムの運転方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
前記従来の課題を達成するために、本発明に係る燃料電池システムは、原料と酸素を含む酸化剤ガスとが供給されて発電が行われる燃料電池装置と、前記燃料電池装置から排気される排ガスを大気中に排出する排ガス流路と、前記排ガス中の水を貯えるように構成された水タンクと、制御器と、を備える燃料電池システムであって、前記水タンクは、第１貯水部と、第２貯水部と、該水タンクの下部で前記第１貯水部と前記第２貯水部とを連通するように構成された連通部と、を有し、前記燃料電池システムは、前記水タンクの前記第１貯水部に設けられ、該第１貯水部の水位を検知する水位検知器と、をさらに備え、前記水タンクの第２貯水部には、前記連通部より上方に排水口が設けられ、前記排ガス流路は、前記水タンクの前記第１貯水部に接続され、前記排ガスの通流が前記排ガス流路の前記水タンクよりも下流側で阻害されていない場合には、前記排ガスは前記排ガス流路から大気中に排出され、前記排ガスの通流が前記排ガス流路の前記水タンクよりも下流側で阻害されている場合には、前記排ガスは前記水タンクの前記排水口を介して大気中に排出されるように構成され、前記制御器は、前記排ガスが前記水タンクの前記排水口を介して大気中に排出される場合の水位である第１水位を前記水位検知器が検知した場合に、前記燃料電池装置の運転を停止するように構成されている。
【手続補正書】
【提出日】平成24年4月3日(2012.4.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料と酸素を含む酸化剤ガスとが供給されて発電が行われる燃料電池装置と、前記燃料電池装置から排気される排ガスを大気中に排出する排ガス流路と、前記排ガス中の水を貯えるように構成された水タンクと、を備える燃料電池システムであって、
前記水タンクは、第１貯水部と、第２貯水部と、該水タンクの下部で前記第１貯水部と前記第２貯水部とを連通するように構成された連通部と、を有し、
前記水タンクの第２貯水部には、前記連通部より上方に排水口が設けられ、
前記排ガス流路は、前記水タンクの前記第１貯水部に接続され、
前記排ガス流路の前記水タンクよりも下流側が閉塞されていない場合には、前記排ガスは前記排ガス流路から大気中に排出され、
前記排ガス流路の前記水タンクよりも下流側が閉塞されている場合には、前記排ガスは前記水タンクの前記排水口を介して大気中に排出されるように構成されている、燃料電池システム。
【請求項２】
前記排ガス流路は、一端が前記燃料電池装置に接続され、他端が前記水タンクの第１貯水部に接続されている第１流路と、一端が前記水タンクの第１貯水部に接続され、他端が大気に開放されている第２流路と、を有し、
前記第２流路が閉塞されている場合には、前記排ガスは前記水タンクの前記排水口を介して大気中に排出されるように構成されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記排ガス流路は、一端が前記燃料電池装置に接続され、他端が前記水タンクの第１貯水部に接続されている第３流路と、一端が前記第３流路の途中に接続され、他端が大気に開放されている第４流路と、を有し、
前記第４流路が閉塞されている場合には、前記排ガスは前記水タンクの前記排水口を介して大気中に排出されるように構成されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記第１貯水部と前記第２貯水部は、前記水タンクの内部空間を分けるように設けられた隔壁によって形成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
制御器と、
前記水タンクの前記第１貯水部に設けられ、該第１貯水部の水位を検知する水位検知器と、をさらに備え、
前記制御器は、前記排ガスが前記水タンクの前記排水口を介して大気中に排出される場合の水位である第１水位を前記水位検知器が検知した場合に、前記燃料電池装置の運転を停止するように構成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
制御器と、
前記水タンクの前記第１貯水部に設けられ、該第１貯水部の水位を検知する水位検知器と、
前記水タンクの前記第１貯水部に水を供給するように構成された水供給器と、をさらに備え、
前記制御器は、前記排ガスが前記水タンクの前記排水口を介して大気中に排出される場合の水位である第１水位よりも高く、かつ、前記第１貯水部の満水位よりも低い水位である第２水位を前記水位検知器が検知した場合に、前記水タンクの第１貯水部に水を供給するように水供給器を制御し、
前記水供給器が前記第１貯水部に水を供給してから所定時間経過後に、前記水位検知器が前記第１水位を検知した場合に、前記燃料電池装置の運転を停止するように構成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記第１水位は、前記連通部の上端より低く、かつ、前記水タンク底面よりも高い位置に設定されている、請求項５又は６に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記燃料電池装置は、燃料電池を有し、
前記燃料電池には、アノードに燃料ガスを供給する燃料ガス内部流路とカソードに前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス内部流路が設けられ、
前記排ガス流路は、前記燃料ガス内部流路の下流端にその上流端が接続された燃料ガス排ガス流路と、前記酸化剤ガス内部流路の下流端にその下流端が接続された酸化剤ガス排ガス流路と、を有している、請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
制御器と、
前記燃料電池装置に前記原料を供給する原料供給器と、
前記原料供給器から前記燃料電池装置に供給される前記原料の流量を検知する原料流量検知器と、を備え、
前記燃料電池装置は、燃料電池を有し、
前記燃料電池には、アノードに燃料ガスを供給する燃料ガス内部流路とカソードに前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス内部流路が設けられ、
前記燃料ガス内部流路の下流端に、前記排ガス流路が接続されており、
前記制御器は、前記燃料電池の発電量に応じて予め設定された供給能力になるように前記原料供給器を制御しており、
前記原料流量検知器が予め設定された第１原料流量より低い流量を検知した場合には、前記燃料電池装置の運転を停止するように構成されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
制御器と、
前記燃料電池装置に前記原料を供給する原料供給器と、を備え、
前記燃料電池装置は、燃料電池を有し、
前記燃料電池には、アノードに燃料ガスを供給する燃料ガス内部流路とカソードに前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス内部流路が設けられ、
前記燃料ガス内部流路の下流端に、前記排ガス流路が接続されており、
前記制御器は、前記燃料電池の発電量に応じた規定流量の前記原料を供給するように前記原料供給器をフィードバック制御しており、
前記原料供給器の供給能力が予め設定された第１供給能力よりも高くなる場合には、前記排ガス流路の前記水タンクよりも下流側が閉塞されていると判断し、前記燃料電池装置の運転を停止するように構成されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
制御器と、
前記燃料電池装置に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器と、
前記酸化剤ガス供給器から前記燃料電池装置に供給される前記酸化剤ガスの流量を検知する酸化剤ガス流量検知器と、を備え、
前記燃料電池装置は、燃料電池を有し、
前記燃料電池には、アノードに燃料ガスを供給する燃料ガス内部流路とカソードに前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス内部流路が設けられ、
前記酸化剤ガス内部流路の下流端に、前記排ガス流路が接続されており、
前記制御器は、前記燃料電池の発電量に応じて予め設定された供給能力になるように前記酸化剤ガス供給器を制御しており、
前記酸化剤ガス流量検知器が予め設定された第１酸化剤ガス流量より低い流量を検知した場合には、前記燃料電池装置の運転を停止するように構成されている、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
制御器と、
前記燃料電池装置に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器と、を備え、
前記燃料電池装置は、燃料電池を有し、
前記燃料電池には、アノードに燃料ガスを供給する燃料ガス内部流路とカソードに前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス内部流路が設けられ、
前記酸化剤ガス内部流路の下流端に、前記排ガス流路が接続されており、
前記制御器は、前記燃料電池の発電量に応じた規定流量の前記酸化剤ガスを供給するように前記酸化剤ガス供給器をフィードバック制御しており、
前記酸化剤ガス供給器の供給能力が予め設定された第２供給能力よりも高くなる場合には、前記排ガスの通流が前記排ガス流路の前記水タンクよりも下流側で閉塞されていると判断し、前記燃料電池装置の運転を停止するように構成されている、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
前記燃料電池装置は、燃料電池を有し、
前記連通部の上端から前記排水口の下端までの高さに対応する水圧差が前記燃料電池の耐圧より低くなるように、前記連通部及び前記排水口が前記水タンクに設けられている、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
前記燃料電池装置は、前記原料を改質して燃料ガスを生成する水素生成器を有し、
前記連通部の上端から前記排水口の下端までの高さに対応する水圧差が前記水素生成器の耐圧より低くなるように、前記連通部及び前記排水口が前記水タンクに設けられている、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１５】
前記燃料電池装置に前記原料を供給する原料供給器と、
前記燃料電池装置に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器と、を備え、
前記連通部の上端から前記排水口の下端までの高さに対応する水圧差が前記原料供給器及び前記酸化剤ガス供給器の少なくとも一方の供給器の締切圧より低くなるように、前記連通部及び前記排水口が前記水タンクに設けられている、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１６】
原料と酸素を含む酸化剤ガスとが供給されて発電が行われる燃料電池装置と、前記燃料電池装置から排気される排ガスを大気中に排出する排ガス流路と、前記排ガス中の水を貯えるように構成された水タンクと、を備える燃料電池システムの運転方法であって、
前記燃料電池システムは、前記水タンクの前記第１貯水部に設けられ、該第１貯水部の水位を検知する水位検知器と、をさらに備え、
前記水タンクは、第１貯水部と、第２貯水部と、該水タンクの下部で前記第１貯水部と前記第２貯水部とを連通するように構成された連通部と、を有し、
前記水タンクの第２貯水部には、前記連通部より上方に排水口が設けられ、
前記排ガス流路は、前記水タンクの前記第１貯水部に接続され、
前記排ガス流路の前記水タンクよりも下流側が閉塞されていない場合には、前記排ガスは前記排ガス流路から大気中に排出され、
前記排ガス流路の前記水タンクよりも下流側が閉塞されている場合には、前記排ガスは前記水タンクの前記排水口を介して大気中に排出されるように構成され、
前記排ガスが前記水タンクの前記排水口を介して大気中に排出される場合の水位である第１水位を前記水位検知器が検知した場合に、前記燃料電池装置の運転を停止する、燃料電池システムの運転方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
前記従来の課題を達成するために、本発明に係る燃料電池システムは、原料と酸素を含む酸化剤ガスとが供給されて発電が行われる燃料電池装置と、前記燃料電池装置から排気される排ガスを大気中に排出する排ガス流路と、前記排ガス中の水を貯えるように構成された水タンクと、を備える燃料電池システムであって、前記水タンクは、第１貯水部と、第２貯水部と、該水タンクの下部で前記第１貯水部と前記第２貯水部とを連通するように構成された連通部と、を有し、前記水タンクの第２貯水部には、前記連通部より上方に排水口が設けられ、前記排ガス流路は、前記水タンクの前記第１貯水部に接続され、前記排ガス流路の前記水タンクよりも下流側が閉塞されていない場合には、前記排ガスは前記排ガス流路から大気中に排出され、前記排ガス流路の前記水タンクよりも下流側が閉塞されている場合には、前記排ガスは前記水タンクの前記排水口を介して大気中に排出されるように構成されている。
【国際調査報告】
2011093066.tif 000039
2011093066.tif 000040
2011093066.tif 000041
2011093066.tif 000042